Розвиток індустріального суспільства спирається на постійно зростаючий рівень виробництва і споживання різних видів енергії.
Як відомо, в основі виробництва теплової та електричної енергії лежить процес спалювання копалин енергоресурсів -
вугілля
нафти
газу
а в атомній енергетиці - ділення ядер атомів урану і плутонію при поглинанні нейтронів.
Масштаб добутку та витрачання копалин енергоресурсів, металів, споживання води, повітря для виробництва необхідної людству кількості енергії величезний, а запаси ресурсів, на жаль, обмежені. Особливо гостро стоїть проблема швидкого вичерпання запасів органічних природних енергоресурсів.
1кг природного урану замінює 20т вугілля.
Світові запаси енергоресурсів оцінюються величиною 355 Q, де Q - одиниця теплової енергії, що дорівнює Q = 2,52 * 1017 ккал = 36 * 109 тонн умовного палива / т.у.т /, тобто палива з калорійністю 7000 ккал / кг, так що запаси енергоресурсів становлять 12,8 * 1012 т.у.п.
З цієї кількості приблизно 1 / 3 тобто ~ 4,3 * 1012 т.у.п. можуть бути вилучені з використанням сучасної техніки при помірній ціні топліводобичі. З іншого боку Сучасне потреби в енергоносіях складають 1,1 * 1010 т.у.п. / рік, і ростуть зі швидкістю 3-4% на рік, тобто подвоюються кожні 20 років.
Легко оцінити, що органічні копалини ресурси, навіть якщо врахувати ймовірне уповільнення темпів зростання енергоспоживання, будуть значною мірою витрачені в майбутньому столітті.
Відзначимо до речі, що при спалюванні викопного вугілля і нафти, які мають сірчистого близько 2,5%, щорічно утворюється до 400 млн. т. сірчистого газу і оксидів азоту, тобто близько 70 кг. шкідливих речовин на кожного жителя землі в рік.
Використання енергії атомного ядра, розвиток атомної енергетики знімає гостроту цієї проблеми.
Дійсно, відкриття ділення важких ядер при захопленні нейтронів, яка зробила наше століття атомним, додало до запасів енергетичного викопного палива істотний внесок ядерного пального. Запаси урану у земній корі оцінюються величезним числом 1014 тонн. Однак основна маса цього багатства знаходиться у розсіяному стані - у гранітах, базальтах. У водах світового океану кількість урану досягає 4 * 109 тонн. Однак багатих родовищ урану, де видобуток була б недорога, відомо порівняно небагато. Тому масу ресурсів урану, яку можна добути при сучасній технології та при помірних цінах, оцінюють у 108 тонн. Щорічні потреби в урані становлять, за сучасними оцінками, 104 тонн природного урану. Так що ці запаси дозволяють, як сказав академік А. П. Александров, "прибрати Дамоклів меч паливної недостатності практично на необмежений час".
Інша важлива проблема сучасного індустріального суспільства - забезпечення збереження природи, чистоти води, повітряного басейну.
Відома занепокоєння вчених з приводу "парникового ефекту", що виникає через викиди вуглекислого газу при спалюванні органічного палива, і відповідного глобального потепління клімату на нашій планеті. Та й проблеми загазованості повітряного басейну, "кислих" дощів, отруєння річок наблизилися в багатьох районах до критичної межі.
Атомна енергетика не споживає кисню і має незначну кількість викидів при нормальній експлуатації. Якщо атомна енергетика замінить звичайну енергетику, то можливості виникнення "парника" з важкими екологічними наслідками глобального потепління будуть усунені.
Надзвичайно важливою обставиною є той факт, що атомна енергетика довела свою економічну ефективність практично у всіх районах земної кулі. Крім того, навіть при великому масштабі енерговиробництва на АС атомна енергетика не створить особливих транспортних проблем, оскільки вимагає незначних транспортних витрат, що звільняє суспільства від тягаря постійних перевезень величезних кількостей органічного палива.
2 Стан ядерної енергетики За даними МАГАТЕ до кінця 1989 року в світі діяло 426 реакторів з встановленою потужністю 318237 МВт.ел, з повною тривалістю експлуатації 5201 реактор.год, в стадії спорудження знаходилось 93 реакторів з встановленою потужністю 76303 МВт.ел. Значний розвиток отримали корпусні реактори з водою під тиском, з кипінням і без кипіння води в активній зоні.
Частка атомної енергетики у виробництві енергії у Франції складає 78%
Парк реакторів в кінці 1989 року представлено в Таблиці 1.
Таблиця 1. Атомна енергетика на 31декабря 1989 [1]| Країна | Число реакторів типу PWR та їх встановлена потужність у МВт.ел. | Число реакторів всіх типів та їх встановлена потужність у МВт.ел. | Частка енерго- виробництва | ||
| діючих | споруджуваних | діючих | споруджуваних | ||
| США | 73 66305 | Березень 3464 | 110 98331 | Березень 3464 | 0,19 |
| Франція | 49 49415 | 9 12245 | 55 52588 | 9 12245 | 0,75 |
| СРСР | 25 18695 | 21 17100 | 46 34230 | 26 22180 | 0,17 |
| Японія | 17 12521 | Травень 4777 | 39 29300 | 12 10629 | 0,27 |
| ФРН | 14 15497 | - | 24 22716 | 1 295 | 0,34 |
| Канада | - | - | 18 12185 | Квітень 3524 | - |
| Англія | - | Січень 1188 | 39 11242 | Січень 1188 | 0,21 |
| Швеція | Березень 2630 | - | Грудень 9817 | - | 0,47 |
| Іспанія | Липень 5669 | - | Жовтень 7544 | - | 0,38 |
| Південна Корея | Серпень 6591 | Лютий 1900 | Вересень 7220 | Лютий 1900 | - |
| Бельгія | Липень 5500 - | ||||
| - | Липень 5500 | - | 0,66 | ||
| ЧСФР | Серпень 3264 | Червень 3336 | Серпень 3264 | Червень 3336 | 0,27 |
| Болгарія | Травень 2585 | Лютий 1906 | Травень 2585 | Лютий 1906 | - |
| Італія | 1 260 | - | Лютий 1120 | - | - |
| Усього: | 239 200541 | 62 55541 | 426 318237 | 93 76303 | |
Відзначимо досить високі коефіцієнти використання встановленої потужності / КВВП /, які демонструють реактори типу PWR [3] - в 1989 році цей показник становив майже 70%, що перевершує аналогічні показники всіх інших типів реакторів.
карта розташування АЕС на території Росії Клацніть мишкою в картинку, щоб подивитися кольорову версію. | З цих даних видно, що атомна енергетика відіграє важливу роль у сучасному енерговиробництві - частка енерговироблення на АС у світі досягає 16%. Однак розвиток атомної енергетики в останні роки істотно амедлілось. Частково це уповільнення темпів зростання пов'язано із загальною тенденденціей до стабілізації енергопотреб, з успіхами енергозберігаючих технологій. Але головною причиною стали широко розповсюдилися переконання у "шкідливості" атомної енергетики, сумніви в можливостях досягнення прийнятного рівня безпеки АЕС на базі сучасної технології. |
Великий вплив на ставлення широкої публіки до атомної енергетики надавали аварії на атомних електростанціях, особливо аварія на АЕС "Трехмільний острів" / TMI-2 / недалеко від Гаррісбурга / США /, що відбулася 28 березня 1979 року, і аварія на 4-му блоці Чорнобильської АЕС , що сталася 26 квітня 1986 року.
Під впливом цих аварій у ряді країн почалася широка хвиля суспільного опору використанню атомних електростанцій, порушувана страхами про небезпеку впливу атомної радіації на навколишнє середовище та населення.
Ці аварії породили сумніви в зрілості концепцій безпеки, закладених в основи проектів атомних електростанцій, достатності вжитих заходів безпеки.
Після цих подій різко зросла інтенсивність наукових досліджень в області обеспечеія безпеки об'єктів атомної енергетики. Однак велика кількість досліджень проблем безпеки АЕС, хоча і виявили недоліки, упущення і навіть помилки в мірах забезпечення безпеки АЕС, лише підтвердили впевненість спеціалістів в тому, що розумно високий ступінь безпеки АС може бути досягнута на основі сучасних знань та технологій. З іншого боку, уроки аварій вказали на необхідність перегляду концепції забезпечення безпеки, зажадали підвищення властивостей самозащіщенності реакторів, забезпечення більш високого рівня безпеки за рахунок використання пасивних засобів захисту.
Далі, в цьому курсі буде представлений огляд сучасного стану проблем безпеки атомних електростанцій і показано, що реально є великий запас методів і засобів забезпечення безпеки, які до того ж, не надто обтяжують економічні показники АС.
Так що, незважаючи на побоювання з приводу радіаційних небезпек використання атомної енергії, немає сумнівів, що атомна енергетика зможе відповідати самим суворим вимогам безпеки, що майбутнє енерговиробництва - за атомною енергетикою.
3 Класифікація ядерних реакторівЯдерні реактори діляться на кілька груп:
в залежності від середньої енергії спектру нейтронів - на швидкі, проміжні та теплові;
за конструктивними особливостями активної зони - на корпусні та канальні;
за типом теплоносія - водяні, важководні, натрієві;
за типом уповільнювача - на водяні, графітові, важководні та ін
Для енергетичних цілей, для виробництва електроенергії застосовуються:
водоводяні реактори з некіпящей або киплячій водою під тиском,
уран-графітові реактори з киплячою водою або охолоджувані вуглекислим газом,
важководні канальні реактори та ін.
У майбутньому будуть широко застосовуватися реактори на швидких нейтронах, охолоджувані рідкими металами (натрій тощо); в яких принципово реалізуємо режим відтворення палива, тобто створення кількості діляться ізотопів плутонію Pu-239 перевищує кількі сть витрачаються ізлотопов урану U-235. Параметр, що характеризує відтворення палива називається плутонієвим коефіцієнтом. Він показує, скільки актів атомів Pu-239 створюється при реакціях захоплення нейтронів в U-238 на одміну атом уU-235, захва тівшег про нейтрон і зазнав розподіл або радіаційне перетворення вU-2356ю.
3.1 Реактори з водою під тиском.Реактори з водою під тиском займають чільне місце у світовому парку енергетичних реакторів. Крім того, вони широко використовуються на флоті в якості джерел енергії як для надводних суден, так і для підводних човнів. Такі реактори щодо компактні, прості і надійні в експлуатації. Вода, що служить в таких реакторах теплоносієм і сповільнювачем нейтронів, відносно дешева, неагресивна і володіє хорошими нейтронно-фізичними властивостями.
Реактори з водою під тиском називаються інакше водоводяні або легководними. Вони виконуються у вигляді циліндричної посудини високого тиску з Наймане кришкою. У цій посудині (корпусі реактора) розміщується активна зона, складена з паливних збірок (паливних касет) і рухомих елементів системи управління і захисту. Вода входить через патрубки в корпус, подається в простір під активною зоною, рухається вертикально вгору вздовж паливних елементів і відводиться через вихідні патрубки в контур циркуляції. Тепло ядерних реакцій передається в парогенераторах воді другого контуру, більш низького тиску. Рух води по контуру забезпечується роботою циркуляційних насосів, або, як в реакторах для станцій теплопостачання, - за рахунок рушійного напору природної циркуляції.
Типова теплова схема водоводяних енергетичних реакторів (ВВЕР), що діють з 1964 року в СРСР, показана на Рис.1:
3.2 Киплячі реактори
| 1. Реактор 2. Парогенератор 3. Циркуляційний насос |