Атомные электрические станции

Поскольку в естественном уране имеется достаточно большое  количество веществ, поглощающих нейтроны (тот же уран-238, который при этом превращается в другой делящийся  изотоп - плутоний-239), то в современных  ядерных реакторах необходимо для замедления нейтронов применять не сам уран, а другие вещества, мало поглощающие нейтроны (например, графит или тяжелая вода).

Графит хорошо замедляет  нейтроны и плохо их поглощает. Поэтому  при использовании графита в  качестве замедлителя можно использовать менее обогащенный уран, чем при использовании легкой воды.

Тяжелая вода очень хорошо замедляет  нейтроны и плохо их поглощает. Поэтому  при использовании тяжелой воды в качестве замедлителя можно  использовать менее обогащенный  уран, чем при использовании легкой воды. Но производство тяжелой воды очень трудоемко и экологически опасно.

При попадании медленного нейтрона в ядро урана-235 он может быть захвачен этим ядром. При этом произойдет ряд  ядерных реакций, итогом которых  станет образование ядра плутония-239. (Плутоний-239 в принципе может тоже использоваться для нужд ядерной энергетики, но в настоящее время он является одним из основных компонентов начинки атомных бомб.) Поэтому ядерное топливо в реакторе не только расходуется, но и нарабатывается. У некоторых ядерных реакторов основной задачей является как раз такая наработка.

Другим способом решить проблему необходимости  замедления нейтронов является создание реакторов без необходимости  их замедлять - реакторов на быстрых  нейтронах. В таком реакторе основным делящимся веществом является не уран, а плутоний. Уран же (используется уран-238) выступает как дополнительный компонент реакции - от быстрого нейтрона, выпущенного при распаде ядра плутония, произойдет распад ядра урана с выделением энергии и испусканием других нейтронов, а при попадании в ядро урана замедлившегося нейтрона он превратится в плутоний-239, возобновляя тем самым запасы ядерного топлива в реакторе.

Таким образом, в ядерном реакторе должен использоваться либо обогащенный  уран с замедлителем, поглощающем нейтроны, либо необогащенный уран с замедлителем, мало поглощающем нейтроны, либо сплав плутония с ураном без замедлителя.

Данные процессы деления  ядер урана происходят в части ядерного реактора, называемой активной зоной. Там же находится и само топливо. В результате протекания ядерной реакции выделяется огромное количество тепла – это и есть начальная тепловая энергия, преобразующаяся впоследствии в электрическую.

Именно в активной зоне находятся специальные управляющие стержни, о которых упоминалось ранее, позволяющие регулировать скорость протекания реакции. Чаще всего – это графит, бор или кадмий, которые достаточно сильно поглощают нейтроны. Иными словами, чем больше поглощено нейтронов, тем меньше ядер урана делиться, и, соответственно, снижается скорость реакции. Чем глубже погружаются стержни, тем меньше выделяется тепла, и наоборот.

Именно образование  тепловой энергии и есть суть цепной реакции. Тепло из реактора выводится  при помощи определенных теплоносителей, которыми, в зависимости от типа атомной электростанции, могут выступать вода, металлический натрий или некоторые газы. Они отбирают в активной зоне тепло, и переносят его в специальные теплообменники, попутно охлаждая реактор. Эта система и есть первый контур.

Далее вступает в действие второй контур АЭС. В теплообменнике (парогенераторе) нагревается вода, образующийся в результате этого пар передается на лопасти турбины, которая через специальную систему приводит в действие генераторы, непосредственно вырабатывающие электричество. Электричество в свою очередь передаётся потребителям. Пруд-охладитель используется для охлаждения воды реакторов атомной электростанции.

Схема устройства АЭС с реакторам типа ВВЭР представлена на рис. 2

 

Рис. 2. Устройство АЭС  с реактором типа ВВЭР. 1 - СУЗ (система управления и защиты), т.е. стержни, 2 – топливо, 3 – корпус реактора, 4 – парогенератор, 5 – турбина, 6 – генератор, 7 – трансформатор, 8 – отпуск энергии потребителю, 9 – пруд-охладитель, 10 – циркуляционный насос, 11- конденсатор, 12 – питательный насос, 13 - ГЦН (главный циркуляционный насос).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. АВАРИЯ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

(ЧАЭС) И ЕЁ ПОСЛЕДСТВИЯ

25 апреля 1986 г четвёртый  блок ЧАЭС предполагалось остановить  для планового ремонта, во время  которого была запланирована  проверка работы регулятора магнитного  поля одного из двух турбогенераторов.

В результате человеческой невнимательности мощность реактора резко упала (до 30 МВт вместо запланированных 700-1000 МВт). По правилам эксплуатации в такой ситуации следовало «заглушить» реактор. Персонал, напротив, попытался поднять мощность реактора. К 1 часу мощность удалось поднять только до 200 МВт. Однако в 1ч 03 мин, несмотря на возникшие трудности, персонал начал подготовку к эксперименту. В результате необдуманных до конца действий реакция ускорилась, повыситься температура активной зоны, что привело к увеличению скорости нейтронов и к расширению материалов в реакторе. В результате система перестала быть саморегулирующейся.

Последняя попытка стабилизировать  ситуацию была предпринята в 1 ч 23 мин 40 с.: начальник смены дал команду нажать кнопку АЗ – 5 (сигнал максимальной аварийной защиты, по которому в зону немедленно вводятся все стержни-поглотители нейтронов).  Когда по этой команде все стержни-поглотители двинулись вниз, концы «вытеснителей» воды, находящиеся под стержнями-поглотителями, вытеснили из каналов находившуюся там (внизу активной зоны) воду. Произошёл практически мгновенный скачок парообразования и мощности. Стержни остановились, пройдя 2 -3 метра. Оператор отключил удерживающие их муфты, чтобы стержни упали под действием собственной тяжести. Но они уже не шевелились. В 1 ч 23 мин 43 с стал положительным общий мощностной коэффициент реактивности. Начался саморазгон реактора. В 1 ч 23 мин 44 с мощность цепной реакции в 100 раз превысила номинальную. Давление в каналах многократно возросло. Это и был момент первого взрыва. Давление пара разрушило часть каналов и ведущие от них паропроводы над реактором. После этого давление упало, вода вновь потекла по контуру охлаждения. Но затем из-за бурного выделения газов давление вновь подскочило и накрывавшая активную зону металлическая плита массой более тысячи тонн приподнялась. Разрушились все каналы и оборвались все уцелевшие трубопроводы над плитой. В 1 ч 23 мин 46 с воздух устремился в активную зону и раздался новый взрыв, как считают, в результате образования смеси газов O₂ с H₂ и CO. Разрушилось перекрытие реакторного зала, около 1/4 графита и часть топлива были выброшены наружу. Раскалённые обломки упали на крышу машинного зала и в другие места, образовав более 30 очагов пожара. В 1 ч 30 мин по сигналу тревоги на место аварии выехали пожарные части.

В результате аварии из разрушенного реактора было выброшено в атмосферу  большое количество радионуклидов. Выбросы радиоактивных веществ  продолжались с 26 апреля по 6 мая 1986 года. В соответствии с метеорологической  обстановкой радиоактивное облако распространялось в северо-восточном, северном и северо-западном направлениях в зависимости от высоты радиоактивных облаков, направления и скорости ветра на этих высотах. Загрязнение радионуклидами по этой причине оказалось неравномерным. Наибольшему загрязнению подверглись ряд областей Беларуси, Украины и России. Для ликвидации очага аварии, предотвращения концентрирования расплавленного топлива и недопущения создания тем самым условий для протекания цепной реакции в первые же дни после аварии шахту реактора стали забрасывать с вертолётов нейтронопоглощающими, теплоотводящими, фильтрующими и противопожарными материалами. В результате принятых мер мощность выброса радионуклидов начала снижаться, но после 2 мая вынос радиоактивных продуктов из реактора начал опять нарастать. Это было обусловлено разогревом ядерного топлива в результате тепловыделения при его радиоактивном распаде. Благодаря принятым экстренным мерам 6 мая выброс радиоактивных продуктов резко снизился и практически завершился к концу мая.

Чернобыльская авария оказала  воздействие на все сферы общественной жизни и производства Беларуси. Из общего потребления исключены значительные природные ресурсы – плодородные  пахотные земли, леса, полезные ископаемые. Существенно изменились условия  функционирования объектов производственного и социального назначения, расположенных на загрязнённых радионуклидами территориях. Отселение жителей из загрязнённых радионуклидами районов привело к прекращению деятельности многих предприятий и объектов социальной сферы. Республика понесла большие потери и продолжает нести убытки от снижения объёмов производства, неполной окупаемости средств, вложенных в хозяйственную деятельность. Существенны потери топлива, сырья и материалов.

По оценкам общая  сумма социально-экономического ущерба от аварии на ЧАЭС за 1986-2015 гг. в Республике Беларусь составит 235 млрд. долларов США. Это равно почти 32 госбюджетам Беларуси доаварийного 1985 года. Беларусь была объявлена зоной экологического бедствия.

В  структуре общего ущерба преобладающее место занимают мероприятия по преодолению и минимизации негативных последствий Чернобыльской катастрофы. Это непосредственные расходы на преодоление последствий катастрофы и обеспечение безопасной жизнедеятельности различных отраслей народного хозяйства на территориях, загрязнённых радионуклидами. К ним также относятся расходы по компенсации последствий катастрофы. В среднем за весь анализируемый 30-летний период их доля в общей сумме социально-экономического ущерба составляет 81,6 % (191,7 млрд. долларов США) (табл. 2).

 

 

 

Таблица 2.

Суммарный социально-экономический  ущерб Республики Беларусь от катастрофы на ЧАЭС

(млрд. долларов США)

 

Периоды	Виды ущерба			Итого
	Прямые и косвенные  потери	Упущенная выгода	Дополнительные затраты
1986-1990	14,3	1,4	13,3	29,0
1991-1995	5,0	2,0	43,0	50,0
1996-2000	7,3	2,9	50,8	61,0
2001-2015	3,0	7,4	84,5	95,0
1986-2015	29,6	13,7	191,7	235

 

Из отраслей народного  хозяйства наиболее сильно пострадало сельское хозяйство. Радиоактивному загрязнению  подверглись более 1,8 млн. га с/х угодий (около 22 %), из которых 264 ∙ 10³ га полностью исключены из хозяйственного оборота. В этих районах расположено 3210 сельских населённых пунктов, в которых проживает 774,4 тысячи человек, или 23,5 % всего сельского населения Беларуси. Ликвидировано 54 колхоза и госхоза. Пострадали предприятия по переработке мяса, молока, картофеля, льна, по заготовке и переработке хлебопродуктов.

Пострадали лесное хозяйство, строительный комплекс, транспорт (дорожное хозяйство и железные дороги), предприятия  связи, водные ресурсы. Огромный урон нанесла авария социальной сфере. При этом наиболее сильно пострадало жилищное хозяйство, рассредоточенное по всей территории, подвергшейся радиоактивному загрязнению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ОСТРОВЕЦКАЯ АЭС

Атомная электростанция в Беларуси будет строиться на Островецкой площадке в Гродненской области. Этот выбор сделан по результатам изучения трех площадок - Островецкой, Краснополянской и Кукшиновской. Комиссия одобрила заключение изыскательских организаций. Подписаны соответствующие документы. Это протокол заседания Государственной комиссии по выбору места размещения земельного участка для строительства АЭС и акт выбора места размещения земельного участка для строительства АЭС в Островецком районе.

Как было сказано ранее, политическое решение о строительстве в Беларуси собственной атомной электростанции было принято 15 января 2008 года на заседании Совета Безопасности Республики Беларусь, которое проходило под председательством Главы государства Александра Лукашенко. А 15 марта 2011 года в Минске на заседании Совмина Союзного государства было подписано белорусско-российское межправсоглашение о сотрудничестве в строительстве на территории Беларуси АЭС.

Беларусь планирует  ввести в эксплуатацию два блока  АЭС мощностью 1,2 тыс.МВт каждый. Первый блок должен быть введен в 2017 году, второй - в 2018 году.

По оценке специалистов, строительство АЭС в Беларуси позволит экономить около $1 млрд. в  год на закупках газа. Такие расчеты  сделаны исходя из ожидаемых цен  на природный газ для Беларуси в будущем. В настоящее время выдвинуто 4 основных преимущества строительства АЭС в Беларуси. Кроме экономии средств на закупках газа это снижение затрат на производство электроэнергии, сокращение закупок природного газа на 3-3,5 млрд.куб.м в год, а также сокращение выбросов парникового газа на 10-12 млн.т в год. После 2017 года в результате строительства первого блока АЭС затраты на производство электроэнергии в Беларуси снизятся ориентировочно на 60-70%.

Сырьем для атомной  электростанции служит природный уран. По расчетам, к 2020 году цена на природный газ будет раз в 12 выше, чем на ядерное топливо. Предположительно, на станциях, использующих органический вид топлива, топливная составляющая в себестоимости производства тепловой и электрической энергии составляет от 70% до 80%. На АЭС топливная составляющая будет до 20% в себестоимости производства энергии. Из них только 8% будет приходиться непосредственно на природный уран, остальную часть составят расходы на его переработку, обогащение и последующую переработку отходов. Поэтому удорожание газа будет значительно больше отражаться на себестоимости электроэнергии, нежели удорожание урана.

Первая атомная электростанция в Беларуси будет сооружаться  по российскому проекту АЭС-2006, разработанному ОАО "Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "Атомэнергопроект" (входит в российскую госкорпорацию "Росатом"). Сейчас на Островецкой площадке в Гродненской области ведутся подготовительные работы, идет строительство автомобильной и железной дорог, создается производственная база. АЭС будет состоять из двух энергоблоков суммарной мощностью до 2,4 тыс.МВт. Генподрядчик строительства белорусской АЭС российское ЗАО "Атомстройэкспорт" подтвердило готовность запуска первого энергоблока АЭС в 2017 году. Второй блок АЭС планируется запустить в 2018 году.