Как работают аэс: Как работает атомная станция?

Содержание

Как работают АЭС и, что будет, если их отключить?

Атомные электростанции (АЭС) вырабатывают электрическую и тепловую энергию, являясь неотъемлемой частью повседневной жизни. Местом рождения первой в мире АЭС стал СССР: строительство началось в 1954 году, а спустя 68 лет в мире насчитывается 437 ядерных реакторов, расположенных в 32 странах. Эти больше котлы бывают разных размеров и форм и могут работать на различных видах топлива, расщепляя атомы для нагрева воды и ее преобразования в пар, давление которого приводит в действие генераторы. Атомные электростанции считаются относительно безопасными для окружающей среды, так как не способствуют выбросам СО2 в атмосферу. Однако в 1986 году мир потрясла авария на Чернобыльской АЭС, а в 2011 году катастрофа настигла японскую станцию «Фукусима-1», тем самым доказав, что называть АЭС безопасными нельзя. Но стоит ли ждать чего-то подобного в будущем? Давайте разбираться!

Откуда берется электричество?
Работа атомных электростанций обеспечивает эффективное и надежное электроснабжение по всему миру – ядерная энергетика оказывает наименьшее воздействие на окружающую среду, в отличие от электростанций работающих на ископаемом топливе. Увы, но сжигание угля и нефти для выработки тепла приводит к выбросам в атмосферу углекислого газа, усугубляя парниковый эффект.

АЭС получают тепловую энергию в результате расщепления атомных ядер в активной зоне реактора. Основным топливом сегодня является уран – тяжелый радиоактивный химический элемент, который содержится в большинстве горных пород. Деление атомов урана-235, например, приводит к выработке огромного количества тепла, а сам по себе ядерный реактор способен постоянно производить энергию и электричество.

Чем опасны атомные электростанции?
Будучи безопасными источниками электроэнергии, АЭС, все же, могут угрожать здоровью людей и всех живых существ на Земле. Отходы, образующиеся в результате работы атомных электростанций, остаются радиоактивными на протяжении десятков и даже сотен тысяч лет. В то же самое время решений для их долгосрочного хранения не существует – большинство ядерных отходов находятся во временных надземных хранилищах. Но так как подобных мест для хранения сегодня не хватает, промышленность обращается к другим типам хранилищ (более дорогостоящим и потенциально менее безопасным).

Одной из главных проблем использования АЭС является развитие ядерно-энергетических программ, которые увеличивают вероятность распространения ядерного оружия. Это вновь возвращает нас к вопросу об ответственности ученых за свои изобретения – в конечном итоге применение ядерного оружия может уничтожить жизнь на Земле. А еще атомные электростанции являются потенциальной мишенью для террористических атак.

Весомую роль также играет человеческий фактор и стихийные бедствия. Так, сильное цунами обошло механизмы безопасности нескольких электростанций в 2011 году, став причиной сразу трех аварий на «Фукусиме-1», а последствия взрыва ядерного реактора в Чернобыле привели к распространению раковых заболеваний среди населения, проживающего в непосредственной близости от АЭС.

Так как перегрев реактора может привести к чудовищным последствиям, его необходимо постоянно охлаждать – по этой причине атомные электростанции должны располагаться рядом с источником воды. Вот только количество мест, защищенных от засух, наводнений, ураганов, землетрясений и других потенциальных бедствий, сокращается во всем мире. Ситуацию усугубляет увеличение числа экстремальных погодных явлений в результате стремительного изменения климата.

Что будет есть отключить АЭС?
Существует ряд правил безопасного отключения АЭС, включая очистку радиоактивно загрязненных систем, конструкций станции и последующего удаления радиоактивного топлива. Окончательное закрытие атомной электростанции требует деактивации объекта (для снижения остаточной радиоактивности) и последующего демонтажа конструкций.

Соблюдение всех требований процесса отключения станции необходимо для защиты сотрудников АЭС и населения близлежащих районов. Но что будет если отключить станцию от питания не завершив ее вывод из эксплуатации? Эксперты уверены, что отсутствие электроэнергии и частые перебои питания станции потенциально опасны и могут привести к катастрофе.

Чтобы не допустить перегрев реакторов в случае обесточивания АЭС, необходимо прокачивать воду исправным насосом (что, к слову, невозможно без электричества). По этой причине на каждом блоке АЭС существует резервный источник питания, например, несколько дизельных генераторов, которые автоматически запускаются при отсутствии внешнего питания. Специалисты также считают, что если перебои подачи электроэнергии на АЭС участятся, а станции будут работать в таком режиме слишком долго, избежать аварии будет практически невозможно.

По словам бывшего научного сотрудника Министерства обороны ядерной энергетики и технологий США Робина Граймса, отключение питания работающего реактора может привести к перегреву: «При определенных обстоятельствах перегрев ядерного реактора приведет у тому, что он фактически расплавится».
Напомним, что во время аварии на АЭС «Фукусима-1» работа одного из трех реакторов была успешно остановлена, однако системы резервного питания и охлаждения не сработали. Это, как мы знаем сегодня, привело к частичному плавлению всех реакторов станции, а основной причиной аварии считаются землетрясение и цунами, которые бушевали в стране на протяжении несколько дней.

И все же самой страшной аварией является взрыв ядерного реактора на Чернобыльской АЭС. Среди причин катастрофы эксперты выделяют наличие неисправностей и ошибок в эксплуатации станции. Сам взрыв унес жизни более четырех тысяч человек, а количество пострадавших от радиации до сих пор окончательно неизвестно.

Что такое лучевая болезнь?
Первые описания лучевой болезни появились после бомбардировок японских городов Хиросима и Нагасаки силами ВВС США в августе 1945 года: врачам пришлось иметь дело с неизвестным заболеванием, симптомы которого «внезапно появлялись у некоторых пациентов без видимых повреждений». Сегодня мы знаем, что пострадавшие столкнулись с отсроченными последствиями радиационного облучения.

Острая лучевая болезнь – это заболевание, возникающее в результате воздействия различных видов ионизирующих излучений, которое характеризуется тошнотой, рвотой, диареей, анорексией, головной болью, недомоганием и учащенным сердцебиением (тахикардией).

Тяжесть состояния при лучевой болезни зависит от полученной дозы ионизирующего излучения. Так, при небольших дозах дискомфорт проходит в течение нескольких часов или дней, однако мощное облучение способствует проникновению радиации в большую часть организма всего за несколько минут. Спасти таких больных от мучительной смерти к сожалению невозможно, – отмечают специалисты.
Высокие дозы радиации также нарушают работу физиологических систем организма, разрушая клеточные структуры. Исследователи отмечают, что последствия облучения негативно сказываются на делении клеток, а потому намного опаснее для детей, чем для взрослых.

Выходит, комфорт и блага цивилизации дорого обходятся человечеству. Но стоят ли они подобного риска?

Любовь Соковикова, Hi-News

Источник: https://eenergy.media/archives/24035?utm_source=sendpulse&utm_medium=email&utm_campaign=energy-298-292

Как работают АЭС и что будет, если их отключить?

Для многих ядерная энергетика является жизненно важным способом борьбы с изменением климата; другие настаивают на том, что это опасно, нерентабельно и ненужно.

Содержание

1 Откуда берется электричество?
2 Чем опасны атомные электростанции?
3 Что будет есть отключить АЭС?
4 Что такое лучевая болезнь?

Откуда берется электричество?

Работа атомных электростанций обеспечивает эффективное и надежное электроснабжение по всему миру – ядерная энергетика оказывает наименьшее воздействие на окружающую среду, в отличие от электростанций работающих на ископаемом топливе. Увы, но сжигание угля и нефти для выработки тепла приводит к выбросам в атмосферу углекислого газа, усугубляя парниковый эффект.

Принцип работы АЭС строится на выработке тепла в результате ядерного распада

Больше по теме: Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?

АЭС получают тепловую энергию в результате расщепления атомных ядер в активной зоне реактора. Основным топливом сегодня является уран – тяжелый радиоактивный химический элемент, который содержится в большинстве горных пород. Деление атомов урана-235, например, приводит к выработке огромного количества тепла, а сам по себе ядерный реактор способен постоянно производить энергию и электричество.

Чем опасны атомные электростанции?

Будучи безопасными источниками электроэнергии, АЭС, все же, могут угрожать здоровью людей и всех живых существ на Земле. Отходы, образующиеся в результате работы атомных электростанций, остаются радиоактивными на протяжении десятков и даже сотен тысяч лет. В то же самое время решений для их долгосрочного хранения не существует – большинство ядерных отходов находятся во временных надземных хранилищах. Но так как подобных мест для хранения сегодня не хватает, промышленность обращается к другим типам хранилищ (более дорогостоящим и потенциально менее безопасным).

Еще больше интересных статей читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен! Там регулярно выходят, которых нет на сайте!

Крупная радиационная авария максимального 7-го уровня по Международной шкале ядерных событий произошла 12 марта 2011 года в Японии

Весомую роль также играет человеческий фактор и стихийные бедствия. Так, сильное цунами обошло механизмы безопасности нескольких электростанций в 2011 году, став причиной сразу трех аварий на «Фукусиме-1», а последствия взрыва ядерного реактора в Чернобыле привели к распространению раковых заболеваний среди населения, проживающего в непосредственной близости от АЭС.

Больше по теме: Как работает АЭС? Опасны ли атомные станции?

Что будет есть отключить АЭС?

Существует ряд правил безопасного отключения АЭС, включая очистку радиоактивно загрязненных систем, конструкций станции и последующего удаления радиоактивного топлива. Окончательное закрытие атомной электростанции требует деактивации объекта (для снижения остаточной радиоактивности) и последующего демонтажа конструкций.

26.04.1986 года произошла самая страшная радиационная катастрофа

Не пропустите: Какой бывает радиация и как от нее защититься?

По словам бывшего научного сотрудника Министерства обороны ядерной энергетики и технологий США Робина Граймса, отключение питания работающего реактора может привести к перегреву: «При определенных обстоятельствах перегрев ядерного реактора приведет у тому, что он фактически расплавится».

Напомним, что во время аварии на АЭС «Фукусима-1» работа одного из трех реакторов была успешно остановлена, однако системы резервного питания и охлаждения не сработали. Это, как мы знаем сегодня, привело к частичному плавлению всех реакторов станции, а основной причиной аварии считаются землетрясение и цунами, которые бушевали в стране на протяжении несколько дней.

С загрязнённых территорий было эвакуировано около 164 тысяч человек.

И все же самой страшной аварией является взрыв ядерного реактора на Чернобыльской АЭС. Среди причин катастрофы эксперты выделяют наличие неисправностей и ошибок в эксплуатации станции. Сам взрыв унес жизни более четырех тысяч человек, а количество пострадавших от радиации до сих пор окончательно неизвестно.

Сегодня зона отчуждения Чернобыльской АЭС является непригодной для жизни и будет таковой очень и очень долго. Об этом ранее рассказывал мой коллега Артем Сутягин, рекомендую к прочтению.

Что такое лучевая болезнь?

Первые описания лучевой болезни появились после бомбардировок японских городов Хиросима и Нагасаки силами ВВС США в августе 1945 года: врачам пришлось иметь дело с неизвестным заболеванием, симптомы которого «внезапно появлялись у некоторых пациентов без видимых повреждений». Сегодня мы знаем, что пострадавшие столкнулись с отсроченными последствиями радиационного облучения.

Острая лучевая болезнь – это заболевание, возникающее в результате воздействия различных видов ионизирующих излучений, которое характеризуется тошнотой, рвотой, диареей, анорексией, головной болью, недомоганием и учащенным сердцебиением (тахикардией).

Подробнее о том как именно протекает лучевая болезнь и можно ли ее вылечить недавно рассказывал мой коллега Андрей Жуков, не пропустите

Лучевая болезнь – заболевание, возникающее в результате воздействия различных видов ионизирующих излучений

Тяжесть состояния при лучевой болезни зависит от полученной дозы ионизирующего излучения. Так, при небольших дозах дискомфорт проходит в течение нескольких часов или дней, однако мощное облучение способствует проникновению радиации в большую часть организма всего за несколько минут. Спасти таких больных от мучительной смерти к сожалению невозможно, – отмечают специалисты.

Высокие дозы радиации также нарушают работу физиологических систем организма, разрушая клеточные структуры. Исследователи отмечают, что последствия облучения негативно сказываются на делении клеток, а потому намного опаснее для детей, чем для взрослых. Выходит, комфорт и блага цивилизации дорого обходятся человечеству. Но стоят ли они подобного риска? Ответ, как и всегда, ждем здесь а также в комментариях к этой статье.

Как работает ядерный реактор

Атомные установки расщепляют атомы, чтобы нагреть воду в пар. Пар вращает турбину для выработки электроэнергии. Чтобы это произошло, требуется сложное оборудование и высококвалифицированная рабочая сила , но это так просто.

Как ядерная энергия используется для производства электроэнергии?

На большинстве электростанций для выработки электроэнергии необходимо вращать турбину. Уголь, природный газ, нефть и ядерная энергия используют свое топливо для превращения воды в пар и используют этот пар для вращения турбины.

Атомные станции отличаются тем, что они ничего не сжигают для производства пара. Вместо этого они расщепляют атомы урана в процессе, называемом делением. В результате, в отличие от других источников энергии, атомные электростанции не выбрасывают в воздух углерод или загрязняющие вещества, такие как оксиды азота и серы.
Ядерные реакторы предназначены для поддержания продолжающейся цепной реакции деления; реакторы, работающие сегодня в США, заполнены специально разработанным твердым урановым топливом и окружены водой, что облегчает процесс. Когда реактор запустится, атомы урана расщепятся, высвобождая нейтроны и тепло. Эти нейтроны будут сталкиваться с другими атомами урана, заставляя их разделяться и продолжать процесс, генерируя больше нейтронов и больше тепла.
Это тепло используется для создания пара, который вращает турбину, которая приводит в действие генератор для производства электроэнергии.

Два типа реакторов в Соединенных Штатах

В настоящее время в Соединенных Штатах работают ядерные реакторы либо с кипящей водой, либо с водой под давлением. Названия могут немного вводить в заблуждение: оба используют пар для питания генератора, но разница заключается в том, как они его создают.

A Реактор с кипящей водой нагревает воду в реакторе до тех пор, пока она не превратится в пар и не раскрутит турбину

Реактор с водой под давлением также нагревает воду в реакторе. Однако эта вода находится под давлением, поэтому она не кипит, и подается по трубопроводу к другому источнику воды, которая превращается в пар и вращает турбину.

Новые технологии ядерных реакторов

Инновационные предприниматели и стартапы разрабатывают новые типы реакторов, чтобы они были более эффективными и гибкими в эксплуатации, достигали удаленных и развивающихся районов и даже превращали морскую воду в питьевую воду.

Усовершенствованные реакторы включают многие типы реакторов, в том числе малые модульные реакторы (ММР), которые в настоящее время находятся в разработке. Некоторые из этих новых конструкций не используют воду для охлаждения; вместо этого они используют другие материалы, такие как жидкий металл, расплавленная соль или гелий, для передачи тепла в отдельный источник воды и получения пара.

ММР

— это усовершенствованные реакторы, производящие 300 мегаватт или меньше электроэнергии. Их строительство будет менее затратным, и их можно будет строить на заводах и доставлять туда, где они необходимы, поэтому они могут помочь обеспечить отдаленные районы или развивающиеся страны безуглеродной энергией. ММР также могут масштабировать выходную мощность для удовлетворения спроса на электроэнергию, что делает их идеальными партнерами для поддержки прерывистых возобновляемых источников энергии.
Некоторые усовершенствованные реакторы будут работать при более высоких температурах или более низких давлениях, чем традиционные ядерные реакторы. Они также будут предлагать другие приложения, такие как опреснение воды и производство водорода. Другие реакторы будут очень экономичными, производя меньше отходов или продлевая топливные циклы и не нуждаясь в остановке и дозаправке в течение десятилетия или более.

БОЛЬШЕ О РЕАКТОРАХ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ

Как атомная электростанция производит электричество?

Версия для печати

Как ядерный реактор вырабатывает электричество? Давайте начнем с конца и посмотрим, как все это сочетается друг с другом.

Начнем с электродвигателя. Двигатель состоит в основном из двух основных компонентов: статора , который стоит на месте, и ротора , который вращается внутри статора. Когда на двигатель подается электричество, электромагниты внутри статора и ротора толкают и тянут друг друга таким образом, что ротор вращается. Магниты в статоре притягивают к себе магниты в роторе, а затем, когда магниты ротора проходят мимо, реверсируют и отталкивают магниты ротора. Детали расположены так, что тяга и толкание идут в одном направлении, поэтому ротор вращается внутри статора. Электрическая энергия, приложенная к двигателю, приводит к механической энергии в роторе.

Но эту же машину можно использовать и в обратном порядке: если какая-то внешняя сила заставляет ротор вращаться, взаимодействие магнитов вызывает выработку электричества: «мотор» теперь является «генератором», производящим в результате электрическую энергию. механической энергии, приложенной к его ротору. Это наиболее распространенный способ получения большого количества электроэнергии.

Так как же заставить ротор вращаться? Вот тут-то и появляется ядерный реактор, хотя и косвенно. Напомним, что ядерный реактор вырабатывает тепло. Топливные стержни нагреваются из-за ядерной реакции. Это тепло используется для кипячения воды, а пар от этой кипящей воды используется для вращения ротора. Как мы видели, когда ротор вращается, электричество выходит из статора.
Когда вода кипит, образующийся пар занимает гораздо больше физического пространства, чем вода, которая его произвела.

Итак, если вы прокачиваете воду через какой-либо источник тепла — например, ядерный реактор или угольный котел — который достаточно горяч, чтобы вскипятить воду, выходящий пар будет двигаться намного быстрее, чем поступающая вода. Этот пар проходит через машину, называемую турбиной, которая действует как очень сложная ветряная мельница. Физическая структура сильно отличается от ветряной мельницы, и большая турбина может быть гораздо более мощной, чем любая когда-либо созданная ветряная мельница, но эффект отчасти тот же: пар или ветер заставляет часть машины вращаться, и эта вращающаяся часть может быть подключена к генератору для производства электроэнергии.

Пар, выходящий из турбины, собирается в устройстве, называемом конденсатором. По сути, это металлическая коробка размером с дом, через которую проходят тысячи труб. По трубам течет холодная вода, а пар от турбины охлаждается и конденсируется обратно в воду. Затем вода прокачивается обратно через нагреватель, и цикл продолжается.

Теперь вернемся к ядерному реактору. . . Мы видели, как реактор вырабатывает тепло, и мы видели, как тепло используется для производства пара и как пар затем приводит в действие турбину, которая вращает генератор, производящий электричество. Последняя часть головоломки — это то, как тепло ядерной реакции генерирует пар.

Топливные стержни подвешены в водяной бане, содержащейся в большом металлическом контейнере, похожем на гигантскую скороварку. Типичный «корпус реактора» может иметь диаметр 15 футов и высоту 20 футов, а некоторые из них намного больше. В некоторых типах реакторов вода закипает, а тепло, выделяющееся в топливных стержнях, уносится паром. Их называют «реакторами с кипящей водой» (или «BWR»). В других вода находится под очень высоким давлением — порядка 2000 фунтов на квадратный дюйм. (Кстати, это более чем в 60 раз превышает давление в шинах обычного автомобиля. ) В такой ситуации вода не может расширяться и не может кипеть.

Вода в реакторе этого типа уносит тепло, оставаясь при этом жидкой, и это тепло затем передается в другую водную систему, где происходит кипение. Эта передача происходит в устройстве, метко названном «парогенератором». Их называют «реакторами с водой под давлением» (или «PWR»). Небольшой PWR может иметь два парогенератора. В большом может быть четыре. У некоторых три. Пар от всех парогенераторов обычно объединяется в один «главный паропровод», по которому пар поступает к турбине, поэтому реактор и все парогенераторы действуют вместе как единый источник пара.

Вода из конденсатора перекачивается непосредственно в корпус реактора для BWR или в парогенераторы для PWR.

Итак, вот оно: ядерная реакция нагревает топливо, топливо нагревает воду для производства пара, пар вращает турбину, турбина вращает генератор, а генератор вырабатывает электричество.

Комиссия по ядерному регулированию США является независимым федеральным правительственным органом, ответственным за регулирование коммерческого использования ядерных материалов.

Как работают аэс: Как работает атомная станция? — Атомэнергомаш