Principen för driften av kärnkraftverket. Kärnkraftverk (NPP)

Principen för driften av ett kärnkraftverk och kraftverk som förbränner konventionellt bränsle (kol, gas, eldningsolja, torv) är densamma: på grund av den värme som frigörs omvandlas vatten till ånga, som tillförs under tryck till en turbin och roterar den. Turbinen överför i sin tur rotation till den elektriska strömgeneratorn, som omvandlar mekanisk energi rotation till elektrisk energi, det vill säga den genererar en ström. När det gäller termiska kraftverk sker omvandlingen av vatten till ånga på grund av energin från förbränning av kol, gas, etc., när det gäller kärnkraftverk, på grund av energin från klyvning av uran-235 kärnan.

För att omvandla kärnklyvningsenergin till vattenångans energi används olika typer av installationer, som kallas kärnkraftsreaktorer (installationer). Uran används vanligtvis i form av dioxid - U0 2 .

Uranoxid som en del av speciella strukturer placeras i en moderator - ett ämne, vid interaktion med vilket neutroner snabbt förlorar energi (bromsa ner). För dessa ändamål används den vatten eller grafit - följaktligen kallas reaktorerna vatten eller grafit.

För att överföra energi (med andra ord värme) från kärnan till turbinen används en kylvätska - vatten, flytande metall(t.ex. natrium) eller gas(till exempel luft eller helium). Kylvätskan tvättar de uppvärmda hermetiska strukturerna från utsidan, inuti vilka fissionsreaktionen äger rum. Som ett resultat av detta värms kylvätskan upp och, genom att röra sig genom speciella rör, överför energi (i form av sin egen värme). Den uppvärmda kylvätskan används för att skapa ånga, som tillförs turbinen under högt tryck.

Fig.G.1. kretsschema NPP: 1 - kärnreaktor, 2 - cirkulationspump, 3 - värmeväxlare, 4 - turbin, 5 - elströmgenerator

I fallet med en gaskylvätska är detta steg frånvarande, och den uppvärmda gasen matas direkt till turbinen.

I den ryska (sovjetiska) kärnkraftsindustrin har två typer av reaktorer blivit utbredda: den så kallade reaktorn Stor makt Kanal (RBMK) och tryckvattenkraftreaktor (VVER). Med RBKM som exempel kommer vi att överväga principen för driften av ett kärnkraftverk lite mer i detalj.

RBMK

RBMK är en elkälla med en kapacitet på 1000 MW, vilket återspeglar inträdet RBMK-1000. Reaktorn är placerad i en armerad betongschakt på en speciell bärande struktur. Runt honom, ovan och under ligger biologiskt skydd(skydd mot joniserande strålning). Fyller reaktorhärden grafit murverk(det vill säga grafitblock 25x25x50 cm i storlek vikta på ett visst sätt) av cylindrisk form. Vertikala hål görs längs hela höjden (Fig. G.2.). Metallrör placeras i dem, så kallade kanaler(därav namnet "kanal"). Antingen strukturer med bränsle (TVEL - bränsleelement) eller stavar för att styra reaktorn är installerade i kanalerna. De första kallas bränslekanaler, den andra - kanaler för kontroll och skydd. Varje kanal är en oberoende förseglad struktur.Reaktorn styrs genom att sänka ner neutronabsorberande stavar i kanalen (för detta ändamål används material som kadmium, bor och europium). Ju djupare en sådan stav kommer in i kärnan, desto mer neutroner absorberas, därför minskar antalet klyvbara kärnor och energifrisättningen minskar. Uppsättningen av relevanta mekanismer kallas kontroll- och skyddssystem (CPS).

Fig.G.2. RBMK-schema.

Vatten tillförs varje bränslekanal underifrån, som tillförs reaktorn av en speciell kraftfull pump - det kallas huvudcirkulationspump (MCP). Tvätta bränslepatronerna, vattnet kokar och en ång-vattenblandning bildas vid kanalens utlopp. Hon går in separatortrumma (BS)- en apparat som låter dig separera (separera) torr ånga från vatten. Det separerade vattnet skickas av huvudcirkulationspumpen tillbaka till reaktorn och stänger därigenom kretsen "reaktor - trumseparator - SSC - reaktor". Det kallas krets av multipel forcerad cirkulation (KMPTS). Det finns två sådana kretsar i RBMK.

Mängden uranoxid som krävs för driften av RBMK är cirka 200 ton (om du använder dem frigörs samma energi som att bränna cirka 5 miljoner ton kol). Bränslet "fungerar" i reaktorn i 3-5 år.

Kylvätskan är inne sluten slinga, isolerad från yttre miljön, exklusive all betydande strålningsförorening. Detta bekräftas av studier av strålningssituationen kring kärnkraftverket, både av stationerna själva och av tillsynsmyndigheter, miljöpartister och internationella organisationer.

Kylvatten kommer från en reservoar nära stationen. Samtidigt har vattnet som tas in en naturlig temperatur, och vattnet som kommer tillbaka till reservoaren är cirka 10 ° C högre. Det finns strikta regler för uppvärmningstemperatur, som skärps ytterligare för att ta hänsyn till lokala ekosystem, men den så kallade "termiska föroreningen" av reservoaren är förmodligen den mest betydande miljöskadan från kärnkraftverk. Denna nackdel är inte grundläggande och oöverstiglig. För att undvika det, tillsammans med kylda dammar (eller istället för dem), kylartorn. De är enorma strukturer i form av koniska rör med stor diameter. Kylvatten, efter uppvärmning i kondensorn, matas in i många rör placerade inuti kyltornet. Dessa rör har små hål genom vilka vatten rinner ut och bildar en "gigantisk dusch" inne i kyltornet. Det fallande vattnet kyls av atmosfärisk luft och samlas upp under kyltornet i poolen, varifrån det tas för att kyla kondensorn. Ovanför kyltornet, som ett resultat av avdunstning av vatten, bildas ett vitt moln.

Radioaktiva utsläpp från kärnkraftverk 1-2 beställningar under de högsta tillåtna (det vill säga acceptabelt säkra) värdena och koncentrationen av radionuklider i kärnkraftsanläggningens områden miljoner gånger mindre än MPC och tiotusentals gånger mindre än den naturliga nivån av radioaktivitet.

Radionuklider som kommer in i miljön under drift av kärnkraftverk är huvudsakligen fissionsprodukter. Huvuddelen av dem är inerta radioaktiva gaser (IRG), som har korta perioder halveringstid och har därför ingen påtaglig påverkan på miljön (de förfaller innan de hinner agera). Förutom klyvningsprodukter är en del av utsläppen aktiveringsprodukter (radionuklider som bildas av stabila atomer under inverkan av neutroner). Betydande när det gäller strålningsexponering är långlivade radionuklider(JN, de huvudsakliga dosbildande radionukliderna är cesium-137, strontium-90, krom-51, mangan-54, kobolt-60) och radioisotoper av jod(främst jod-131). Samtidigt är deras andel av kärnkraftsutsläppen ytterst obetydlig och uppgår till tusendelar av en procent.

Enligt resultaten från 1999 översteg utsläppen av radionuklider från kärnkraftverk i form av inerta radioaktiva gaser inte 2,8 % av de tillåtna värdena för urangrafitreaktorer och 0,3 % för VVER och BN. För långlivade radionuklider översteg inte utsläppen 1,5 % av de tillåtna utsläppen för urangrafitreaktorer och 0,3 % för VVER och BN, för jod-131, 1,6 % respektive 0,4 %.

Ett viktigt argument till förmån för kärnenergi är bränslets kompakthet. Avrundade uppskattningar är som följer: 1 kWh el kan produceras från 1 kg ved, 3 kWh från 1 kg kol, 4 kWh från 1 kg olja och 300 000 kWh från 1 kg kärnbränsle (låganrikat uran) h.

MEN trög kraftenhet effekt på 1 GW förbrukar ungefär 30 ton låganrikat uran per år (det vill säga ungefär en bil per år). För att säkerställa ett års drift med samma effekt kolkraftverk cirka 3 miljoner ton kol behövs (det vill säga ungefär fem tåg per dag).

Utsläpp av långlivade radionuklider kol- eller oljeeldade kraftverk i genomsnitt 20-50 (och enligt vissa uppskattningar 100) gånger högre än kärnkraftverk med samma kapacitet.

Kol och andra fossila bränslen innehåller kalium-40, uran-238, torium-232, vars specifika aktivitet sträcker sig från flera enheter till flera hundra Bq / kg (och följaktligen sådana medlemmar av deras radioaktiva serie som radium-226 , radium -228, bly-210, polonium-210, radon-222 och andra radionuklider). Isolerade från biosfären i tjockleken av jordens sten, när kol, olja och gas förbränns, släpps de ut och släpps ut i atmosfären. Dessutom är dessa huvudsakligen de farligaste alfaaktiva nuklider med tanke på intern exponering. Och även om kolets naturliga radioaktivitet vanligtvis är relativt låg, belopp bränsle som förbränns per producerad energienhet är kolossalt.

Som ett resultat av exponeringsdosen för befolkningen som bor nära ett koleldat kraftverk (med reningsgraden av rökutsläpp på nivån 98-99%) Merän exponeringsdoserna för befolkningen nära kärnkraftverket 3-5 gånger.

Förutom utsläpp till atmosfären bör man ta hänsyn till att på platser där avfall från kolverk är koncentrerat observeras en betydande ökning av strålningsbakgrunden, vilket kan leda till att doser överstiger det maximalt tillåtna. En del av kolets naturliga aktivitet är koncentrerad i aska, som ackumuleras i enorma mängder i kraftverk. Samtidigt noteras halter på mer än 400 Bq/kg i askprover från Kansko-Achinsk fyndigheten. Radioaktiviteten hos flygaskan från Donbas Hård kolöverstiger 1000 Bq/kg. Och dessa avfall är inte isolerade från miljön. Produktionen av ett GW-år av el från kolförbränning frigör hundratals GBq aktivitet (mest alfa) till miljön.

Sådana begrepp som "strålningskvalitet för olja och gas" började locka allvarlig uppmärksamhet relativt nyligen, medan innehållet av naturliga radionuklider i dem (radium, torium och andra) kan nå betydande värden. Till exempel är den volymetriska aktiviteten av radon-222 i naturgas i genomsnitt från 300 till 20 000 Bq/m 3 med maximala värden​​upp till 30 000–50 000. Och Ryssland producerar nästan 600 miljarder sådana kubikmeter per år.

Det bör dock noteras att radioaktiva utsläpp från både kärnkraftverk och värmekraftverk inte leder till märkbara konsekvenser för folkhälsan. Även för koleldade kraftverk är detta en tredje klassens miljöfaktor, som har betydligt lägre betydelse än andra: kemikalie- och aerosolutsläpp, avfall och så vidare.

BILAGA H

Kärnreaktorn fungerar smidigt och exakt. Annars blir det som bekant bråk. Men vad händer inuti? Låt oss försöka formulera principen för driften av en kärnreaktor (atomreaktor) kort, tydligt, med stopp.

I själva verket pågår samma process där som vid en kärnvapenexplosion. Först nu sker explosionen mycket snabbt, och i reaktorn sträcker sig allt detta under lång tid. I slutändan är allting säkert och vi får energi. Inte så mycket att allt runtomkring omedelbart slog sönder, men ganska tillräckligt för att ge ström till staden.

Innan man förstår hur man hanterade kärnreaktion behöver veta vad som är kärnreaktion rent generellt.

kärnreaktion - detta är processen för omvandling (klyvning) av atomkärnor under deras interaktion med elementarpartiklar och gammakvanta.

Kärnreaktioner kan ske både med absorption och med frigöring av energi. Andra reaktioner används i reaktorn.

Kärnreaktor – Det här är en anordning vars syfte är att upprätthålla en kontrollerad kärnreaktion med frigörande av energi.

Ofta kallas en kärnreaktor också för en kärnreaktor. Observera att det inte finns någon grundläggande skillnad här, men ur vetenskapens synvinkel är det mer korrekt att använda ordet "kärnkraft". Det finns nu många typer av kärnreaktorer. Dessa är enorma industriella reaktorer designade för att generera energi vid kraftverk, kärnreaktorer ubåtar, små experimentella reaktorer som används i vetenskapliga experiment. Det finns till och med reaktorer som används för att avsalta havsvatten.

Historien om skapandet av en kärnreaktor

Den första kärnreaktorn lanserades inte så avlägset 1942. Det hände i USA under ledning av Fermi. Denna reaktor kallades "Chicago-vedhögen".

1946 startade den första sovjetiska reaktorn under Kurchatovs ledning. Kroppen av denna reaktor var en kula som var sju meter i diameter. De första reaktorerna hade inget kylsystem, och deras effekt var minimal. Förresten hade den sovjetiska reaktorn en genomsnittlig effekt på 20 watt, medan den amerikanska bara hade 1 watt. Som jämförelse: den genomsnittliga effekten för moderna kraftreaktorer är 5 Gigawatt. Mindre än tio år efter lanseringen av den första reaktorn, världens första industri kärnkraftverk i staden Obninsk.

Principen för driften av en kärnreaktor (atomreaktor).

Någon kärnreaktor det finns flera delar: kärna Med bränsle och moderator , neutronreflektor , kylvätska , kontroll- och skyddssystem . Isotoper är det mest använda bränslet i reaktorer. uran (235, 238, 233), plutonium (239) och torium (232). Den aktiva zonen är en panna genom vilken vanligt vatten (kylvätska) strömmar. Bland andra kylvätskor är "tungt vatten" och flytande grafit mindre vanliga. Om vi ​​talar om driften av ett kärnkraftverk, används en kärnreaktor för att generera värme. Elektriciteten i sig genereras på samma sätt som i andra typer av kraftverk - ånga roterar turbinen och rörelseenergin omvandlas till elektrisk energi.

Nedan visas ett diagram över driften av en kärnreaktor.

Som vi redan har sagt producerar sönderfallet av en tung urankärna lättare grundämnen och några neutroner. De resulterande neutronerna kolliderar med andra kärnor, vilket också får dem att klyvas. I det här fallet växer antalet neutroner som en lavin.

Det måste nämnas här neutronmultiplikationsfaktor . Så, om denna koefficient överstiger ett värde lika med ett, inträffar en kärnvapenexplosion. Om värdet är mindre än ett blir det för få neutroner och reaktionen dör ut. Men om du bibehåller värdet på koefficienten lika med en, kommer reaktionen att fortsätta under lång tid och stabilt.

Frågan är hur man gör? I reaktorn finns bränslet i den sk bränsleelement (TVELah). Dessa är stavar i vilka, i form av små tabletter, kärnbränsle . Bränslestavarna är kopplade till sexkantiga kassetter, av vilka det kan finnas hundratals i reaktorn. Kassetter med bränslestavar är placerade vertikalt, medan varje bränslestav har ett system som låter dig justera djupet på dess nedsänkning i kärnan. Förutom själva kassetterna finns bland dem styrstavar och nödskyddsstänger . Stavarna är gjorda av ett material som absorberar neutroner bra. Således kan styrstavarna sänkas till olika djup i kärnan och därigenom justera neutronmultiplikationsfaktorn. Nödstavarna är utformade för att stänga av reaktorn i händelse av en nödsituation.

Hur startas en kärnreaktor?

Vi kom på själva principen för driften, men hur startar man och får reaktorn att fungera? Grovt sett är det här - en bit uran, men trots allt startar inte en kedjereaktion i den av sig själv. Faktum är att det inom kärnfysik finns ett koncept kritisk massa .

Kritisk massa är massan av klyvbart material som krävs för att starta en kärnkedjereaktion.

Med hjälp av bränsleelement och styrstavar skapas först en kritisk massa av kärnbränsle i reaktorn, och sedan bringas reaktorn till optimal effektnivå i flera steg.

I den här artikeln har vi försökt ge dig en allmän uppfattning om strukturen och principen för driften av en kärnreaktor (atomreaktor). Om du har några frågor om ämnet eller universitetet frågade ett problem inom kärnfysik, vänligen kontakta specialister på vårt företag. Vi är som vanligt redo att hjälpa dig att lösa alla akuta frågor kring dina studier. Under tiden gör vi detta, din uppmärksamhet är en annan pedagogisk video!

För att förstå principen för drift och design av en kärnreaktor måste du göra en kort avvikelse i det förflutna. En kärnreaktor är en månghundraårig förkroppsligad, om än inte helt, dröm om mänskligheten om en outtömlig energikälla. Dess uråldriga "förfäder" är en eld gjord av torra grenar, som en gång upplyste och värmde grottans valv, där våra avlägsna förfäder fann räddning från kylan. Senare behärskade människor kolväten - kol, skiffer, olja och naturgas.

En turbulent men kortlivad era av ånga började, som ersattes av en ännu mer fantastisk era av elektricitet. Städerna fylldes av ljus, och verkstäderna fylldes av bruset av hittills osynliga maskiner som drivs av elmotorer. Då verkade det som om framstegen hade nått sin kulmen.

Allt förändrades i slutet av 1800-talet, när den franske kemisten Antoine Henri Becquerel av misstag upptäckte att uransalter är radioaktiva. Efter 2 år fick hans landsmän Pierre Curie och hans fru Maria Sklodowska-Curie radium och polonium från dem, och deras nivå av radioaktivitet var miljontals gånger högre än för torium och uran.

Stafettpinnen plockades upp av Ernest Rutherford, som i detalj studerade radioaktiva strålars natur. Så började atomens ålder, som födde sitt älskade barn - kärnreaktorn.

Första kärnreaktorn

Den "förstfödde" är från USA. I december 1942 gav reaktorn den första strömmen, som fick namnet på sin skapare, en av århundradets största fysiker, E. Fermi. Tre år senare vaknade kärnkraftverket ZEEP till liv i Kanada. "Brons" gick till den första sovjetiska reaktorn F-1, som lanserades i slutet av 1946. I. V. Kurchatov blev chef för det inhemska kärnkraftsprojektet. Idag är mer än 400 kärnkraftverk framgångsrikt i drift i världen.

Typer av kärnreaktorer

Deras huvudsakliga syfte är att stödja en kontrollerad kärnreaktion som producerar elektricitet. Vissa reaktorer producerar isotoper. Kort sagt, de är enheter i vars djup vissa ämnen omvandlas till andra med frigöring av en stor mängd värmeenergi. Detta är en slags "ugn", där istället för traditionella bränslen "bränns" uranisotoper - U-235, U-238 och plutonium (Pu).

Till skillnad från till exempel en bil designad för flera typer av bensin, har varje typ av radioaktivt bränsle sin egen typ av reaktor. Det finns två av dem - på långsamma (med U-235) och snabba (med U-238 och Pu) neutroner. De flesta kärnkraftverk är utrustade med långsamma neutronreaktorer. Förutom kärnkraftverk "fungerar" installationer i forskningscentra, på atomubåtar och.

Hur är reaktorn

Alla reaktorer har ungefär samma schema. Dess "hjärta" är den aktiva zonen. Det kan grovt jämföras med ugnen i en konventionell kamin. Endast i stället för ved finns kärnbränsle i form av bränsleelement med en moderator - TVELs. Den aktiva zonen är belägen inuti en slags kapsel - en neutronreflektor. Bränslestavarna "tvättas" av kylvätskan - vatten. Eftersom "hjärtat" har en mycket hög nivå av radioaktivitet är det omgivet av ett pålitligt strålskydd.

Operatörerna styr driften av anläggningen med hjälp av två kritiska system, kedjereaktionskontrollen och fjärrkontrollsystemet. Om en nödsituation uppstår utlöses nödskyddet omedelbart.

Hur reaktorn fungerar

Den atomära "flamman" är osynlig, eftersom processerna sker på nivån av kärnklyvning. Under loppet av en kedjereaktion bryts tunga kärnor upp i mindre fragment, som, i ett exciterat tillstånd, blir källor för neutroner och andra subatomära partiklar. Men processen slutar inte där. Neutroner fortsätter att "krossa", vilket gör att mycket energi frigörs, det vill säga vad som händer för vilka kärnkraftverk är byggda.

Personalens huvuduppgift är att upprätthålla en kedjereaktion med hjälp av styrstavar på en konstant, justerbar nivå. Detta är dess huvudsakliga skillnad från atombomb, där processen av kärnkraftsförfall är okontrollerbar och fortskrider snabbt, i form av en kraftig explosion.

Vad hände vid kärnkraftverket i Tjernobyl

En av huvudorsakerna till katastrofen vid kärnkraftverket i Tjernobyl i april 1986 var ett grovt brott mot driftssäkerhetsreglerna i processen för rutinunderhåll vid den fjärde kraftenheten. Då togs 203 grafitstavar bort från kärnan samtidigt istället för de 15 som föreskrifterna tillåter. Som ett resultat slutade den okontrollerade kedjereaktionen som började i en termisk explosion och den fullständiga förstörelsen av kraftenheten.

Ny generation reaktorer

Under det senaste decenniet har Ryssland blivit en av världens kärnkraftsledare. På det här ögonblicket Rosatom State Corporation bygger kärnkraftverk i 12 länder, där 34 kraftenheter byggs. Så hög efterfrågan- bevis på den höga nivån på modern rysk kärnteknik. Näst på tur är de nya 4:e generationens reaktorer.

"Brest"

En av dem är Brest, som utvecklas som en del av projektet Breakthrough. Nuvarande öppna kretsloppssystem körs på låganrikat uran, vilket lämnar efter sig en stor mängd använt bränsle som ska omhändertas till enorma kostnader. "Brest" - reaktor snabba neutroner unik sluten slinga.

I den blir det använda bränslet, efter lämplig bearbetning i en snabb neutronreaktor, återigen ett fullvärdigt bränsle som kan laddas tillbaka i samma anläggning.

Brest kännetecknas av en hög säkerhetsnivå. Den kommer aldrig att "explodera" ens i den allvarligaste olyckan, den är mycket ekonomisk och miljövänlig, eftersom den återanvänder sitt "förnyade" uran. Det kan inte heller användas för att producera plutonium av vapenkvalitet, vilket öppnar för de bredaste utsikterna för dess export.

VVER-1200

VVER-1200 är en innovativ generation 3+ reaktor med en kapacitet på 1150 MW. Tack vare sin unika tekniska kapacitet har den nästan absolut driftsäkerhet. Reaktorn är utrustad med passiva säkerhetssystem i överflöd, som kommer att fungera även i frånvaro av strömförsörjning i automatiskt läge.

En av dem är ett passivt värmeavledningssystem, som aktiveras automatiskt när reaktorn är helt strömlös. I detta fall tillhandahålls nödhydrauliktankar. Med ett onormalt tryckfall i primärkretsen tillförs en stor mängd vatten innehållande bor till reaktorn, vilket släcker kärnreaktionen och absorberar neutroner.

Ett annat kunnande finns i den nedre delen av inneslutningen - smältans "fälla". Om kärnan ändå, som ett resultat av en olycka, "läcker", kommer "fällan" inte att tillåta inneslutningen att kollapsa och förhindra inträngning av radioaktiva produkter i marken.

Förslaget att skapa en AM-reaktor för ett framtida kärnkraftverk lades först fram den 29 november 1949 vid ett möte med arbetsledaren kärnkraftsprojekt I.V. Kurchatov, chef för Institutet för fysiska problem A.P. Aleksandrov, direktör för NIIKhimash N.A. Dollezhal och vetenskaplig sekreterare för NTS för branschen B.S. Pozdnyakov. Mötet rekommenderade att i PSU:s FoU-plan för 1950 inkludera "ett projekt av en anrikat uranreaktor med små dimensioner endast för kraftändamål med en total värmeavgivningskapacitet på 300 enheter, en effektiv kapacitet på cirka 50 enheter" med grafit och vatten kylvätska. Samtidigt gavs instruktioner om att snarast utföra fysiska beräkningar och experimentella studier på denna reaktor.

Senare I.V. Kurchatov och A.P. Zavenyagin förklarade valet av AM-reaktorn för högprioriterad konstruktion med det faktum att "det kan vara mer än i andra enheter, erfarenheten av konventionell pannpraxis används: enhetens övergripande relativa enkelhet underlättar och minskar byggkostnaden ."

Under denna period diskuteras alternativen för användning av kraftreaktorer på olika nivåer.

PROJEKT

Det ansågs ändamålsenligt att börja med skapandet av en reaktor för ett fartygskraftverk. För att motivera utformningen av denna reaktor och för att "i princip bekräfta ... den praktiska möjligheten att omvandla värmen från kärnreaktioner från kärntekniska anläggningar till mekanisk och elektrisk energi", beslutades det att bygga i Obninsk, på territoriet för Laboratoriet "V", ett kärnkraftverk med tre reaktorinstallationer, inklusive och AM-anläggningen, som blev reaktorn för det första kärnkraftverket).

Genom dekretet från Sovjetunionens ministerråd den 16 maj 1950 anförtroddes forskning och utveckling inom AM till LIPAN (I.V. Kurchatov Institute), NIIKhimmash, GSPI-11, VTI). 1950 - början av 1951. dessa organisationer utförde preliminära beräkningar (P.E. Nemirovskii, S.M. Feinberg, Yu.N. Zankov), preliminära konstruktionsstudier, etc., sedan var allt arbete på denna reaktor, genom beslut av I.V. Kurchatov, överförd till laboratoriet "B". Utsedd till vetenskaplig handledare, chefsdesigner - N.A. Dollezhal.

Konstruktionen förutsåg följande parametrar för reaktorn: termisk effekt 30 tusen kW, elektrisk effekt - 5 tusen kW, reaktortyp - termisk neutronreaktor med grafitmoderator och kylning med naturligt vatten.

Vid denna tidpunkt hade landet redan erfarenhet av att skapa reaktorer av denna typ (industriella reaktorer för produktion av bombmaterial), men de skilde sig avsevärt från kraftverk, till vilka AM-reaktorn hör. Svårigheter var förknippade med behovet av att erhålla höga kylvätsketemperaturer i AM-reaktorn, varav det följde att det var nödvändigt att söka efter nya material och legeringar som tål dessa temperaturer, är resistenta mot korrosion, inte absorberar neutroner i stora mängder, etc. För initiativtagarna till byggandet av ett kärnkraftverk med en AM-reaktor var dessa problem uppenbara från början, frågan var hur snabbt och hur framgångsrikt de kunde övervinnas.

BERÄKNINGAR OCH STAND

När arbetet med AM överlämnades till laboratoriet "B" var projektet endast definierat i allmänna termer. Det fanns många fysiska, tekniska och tekniska problem som skulle lösas och antalet ökade i takt med att arbetet med reaktorn fortskred.

Först och främst gällde det de fysiska beräkningarna av reaktorn, som måste utföras utan att ha mycket av de data som behövs för detta. I laboratoriet "V" D.F. Zaretsky, och huvudberäkningarna utfördes av gruppen M.E. Minashina i avdelningen för A.K. Krasin. MIG. Minashin var särskilt oroad över bristen på exakta värden för många av konstanterna. Det var svårt att organisera sin mätning på plats. På hans initiativ fylldes några av dem gradvis på, främst på grund av mätningar utförda av LIPAN och några få i Laboratory "B", men i allmänhet var det omöjligt att garantera den höga noggrannheten hos de beräknade parametrarna. Därför, i slutet av februari - början av mars 1954, monterades AMF-stativet - en kritisk montering av AM-reaktorn, vilket bekräftade den tillfredsställande kvaliteten på beräkningarna. Och även om församlingen inte kunde återskapa alla förhållanden för en riktig reaktor, stödde resultaten hoppet om framgång, även om det fanns många tvivel.

Den 3 mars 1954 genomfördes en kedjereaktion av uranklyvning på detta bestånd för första gången i Obninsk.

Men med hänsyn till att experimentdata ständigt förfinades, förbättrades beräkningsmetoden fram till lanseringen av reaktorn, studien av mängden laddning av reaktorn med bränsle, reaktorns beteende i icke-standardiserade lägen, parametrarna för de absorberande stavarna etc. fortsatte.

SKAPANING AV EN TVEL

Med en annan viktig uppgift - skapandet av ett bränsleelement (bränsleelement) - V.A. Malykh och personalen på den tekniska avdelningen på laboratoriet "V". Utvecklingen av bränslestaven utfördes av flera relaterade organisationer, utan endast den av V.A. Liten, visade hög prestanda. Designsökningen avslutades i slutet av 1952 genom utvecklingen av en ny typ av bränsleelement (med en dispersionssammansättning av uran-molybdenkorn i en magnesiummatris).

Denna typ av bränsleelement gjorde det möjligt att avvisa dem under förreaktortester (speciella bänkar skapades i Laboratory V för detta ändamål), vilket är mycket viktigt för att säkerställa en tillförlitlig drift av reaktorn. Stabiliteten av ett nytt bränsleelement i ett neutronflöde studerades vid LIPAN vid MR-reaktorn. NIIKhimmash utvecklade reaktorns arbetskanaler.

Så för första gången i vårt land, kanske det viktigaste och svåraste problemet med det framväxande kärnenergi– skapande av ett bränsleelement.

KONSTRUKTION

1951, samtidigt med starten i Laboratoriet "B" forskningsarbete på AM-reaktorn började byggandet av en kärnkraftverksbyggnad på dess territorium.

P.I. utsågs till byggnadschef. Zakharov, chefsingenjör för anläggningen -.

Som D.I. Blokhintsev, ”kärnkraftverksbyggnaden i sina viktigaste delar hade tjocka väggar gjorda av armerad betongmonolit för att ge biologiskt skydd mot kärnstrålning. I väggarna lades rörledningar, kabelkanaler, ventilation mm. Det är uppenbart att förändringar inte var möjliga och därför reserverades vid utformningen av byggnaden, om möjligt, med förväntan om förändringar. För utveckling av nya typer av utrustning och för genomförande av forskningsarbete gavs vetenskapliga och tekniska uppdrag för " utomstående» - institut, designbyråer och företag. Ofta kunde dessa uppgifter i sig inte slutföras och förfinades och kompletterades allt eftersom designen fortskred. De huvudsakliga ingenjörs- och designlösningarna ... utvecklades av ett designteam ledd av N.A. Dollezhal och hans närmaste assistent P.I. Aleshchenkov ... "

Arbetsstilen med byggandet av det första kärnkraftverket kännetecknades av snabbt beslutsfattande, utvecklingshastigheten, ett visst utvecklat djup av primärstudier och sätt att förfina de antagna tekniska lösningar, en bred täckning av variant- och försäkringsriktningar. Det första kärnkraftverket byggdes på tre år.

START

I början av 1954 började man testa och testa olika system stationer.

Den 9 maj 1954 började lastningen av kärnkraftverkets reaktorhärd med bränslekanaler i Laboratoriet "B". Vid införandet av den 61:a bränslekanalen nåddes ett kritiskt tillstånd, klockan 19:40. En självförsörjande kedjereaktion av klyvning av urankärnor började i reaktorn. Den fysiska lanseringen av kärnkraftverket ägde rum.

Han påminde om lanseringen och skrev: "Småningom ökade reaktorns kraft, och slutligen, någonstans nära kraftvärmebyggnaden, där ånga tillfördes från reaktorn, såg vi en jet fly från ventilen med ett högt väsande. Ett vitt moln av vanlig ånga, och dessutom ännu inte tillräckligt varmt för att rotera turbinen, verkade för oss som ett mirakel: trots allt är detta den första ångan som erhölls kl. kärnenergi. Hans framträdande var tillfället för kramar, gratulationer "på en lätt ånga" och till och med glädjetårar. Vårt jubel delades av I.V. Kurchatov, som deltog i arbetet på den tiden. Efter att ha tagit emot ånga med ett tryck på 12 atm. och vid en temperatur på 260 ° C blev det möjligt att studera kärnkraftverkets alla enheter under förhållanden nära de designade, och den 26 juni 1954, på kvällsskiftet, klockan 17:00. 45 min. öppnades ventilen för tillförsel av ånga till turbogeneratorn och den började generera elektricitet från en kärnpanna. Världens första kärnkraftverk har kommit under industriell belastning."

"I Sovjetunionen har vetenskapsmäns och ingenjörers ansträngningar framgångsrikt slutfört designen och konstruktionen av det första industriella kärnkraftverket med en användbar kapacitet på 5 000 kilowatt. Den 27 juni togs kärnkraftverket i drift och gav el till industrin och Lantbruk omgivande områden."

Redan före lanseringen förbereddes det första programmet för experimentellt arbete vid AM-reaktorn, och tills anläggningen stängdes var den en av de viktigaste reaktorbaserna, där neutronfysikalisk forskning, forskning i fasta tillståndets fysik, testning av bränslestavar , EGC, produktion av isotopprodukter etc. Besättningarna på de första atomubåtarna utbildades vid kärnkraftverket, kärnvapen isbrytare"Lenin", personal från sovjetiska och utländska kärnkraftverk.

Lanseringen av kärnkraftverket för den unga personalen vid institutet var det första testet på beredskap att lösa nya och mer komplexa problem. Under de första månaderna av arbetet justerades individuella enheter och system, reaktorns fysiska egenskaper, utrustningens termiska regim och hela stationen studerades i detalj, olika enheter färdigställdes och korrigerades. I oktober 1954 fördes stationen till sin designkapacitet.

”London, 1 juli (TASS). Tillkännagivandet av driftsättningen av det första industriella kärnkraftverket i Sovjetunionen noteras allmänt i den engelska pressen, Moskva-korrespondenten för The Daily Worker skriver att denna historiska händelse "har omätbart större värdeän att släppa den första atombomben över Hiroshima.

Paris, 1 juli (TASS). London-korrespondenten för Agence France-Presse rapporterar att tillkännagivandet om idrifttagandet i Sovjetunionen av världens första industriella kraftverk som arbetar med atomenergi mottogs med stort intresse i Londons kretsar av atomspecialister. England, fortsätter korrespondenten, bygger ett kärnkraftverk i Calderhall. Man tror att hon kommer att kunna träda i tjänst tidigast om 2,5 år ...

Shanghai, 1 juli (TASS). Som svar på driftsättningen av ett sovjetiskt kärnkraftverk sänder Tokyo radiosändningar: USA och Storbritannien planerar också byggandet av kärnkraftverk, men de planerar att slutföra bygget 1956-1957. Den omständigheten, den Sovjetunionen före England och Amerika i användningen av atomenergi för fredliga ändamål, tyder på att sovjetiska forskare har nått stora framgångar inom atomenergiområdet. En av de framstående japanska experterna inom kärnfysikområdet, professor Yoshio Fujioka, kommenterade tillkännagivandet om lanseringen av ett atomkraftverk i Sovjetunionen, sa att detta var början på en "ny era".

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 en stålkåpa avsedd 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 styra 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 tillförs till ångturbin.
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