Принцип работы атомного реактора аэс: Как работает атомная станция?

Содержание

Что такое малые модульные реакторы (ММР)?

Что есть что в ядерной сфере

03.12.2021

Джоанн Лю, Бюро общественной информации и коммуникации МАГАТЭ

Малые модульные реакторы (ММР) имеют мощность до 300 МВт (эл.) на энергоблок. Многие ММР, которые могут быть собраны на заводе и доставлены на площадку для установки, предназначены для промышленных применений или для работы в удаленных районах, где мощность энергосети ограничена. (Изображение: А. Варгас/МАГАТЭ)

Малые модульные реакторы (ММР) — это современные ядерные реакторы мощностью до 300 МВт (эл.) на энергоблок, что составляет примерно одну треть от генерирующей мощности традиционных ядерных энергетических реакторов. ММР, которые могут производить большое количество низкоуглеродной электроэнергии, являются:

малыми — они в несколько раз меньше традиционных ядерных энергетических реакторов;
модульными — это позволяет собирать системы и компоненты на заводе и перевозить их единым блоком на место установки;
реакторами — в них используется ядерное деление для выделения тепла с целью получения энергии.

Узнайте больше о ядерном делении и ядерной энергии.

Преимущества ММР

Многие из преимуществ ММР связаны с их конструкцией: они небольшие и модульные. Учитывая их малую площадь, ММР можно размещать в местах, не подходящих для более крупных атомных электростанций. Сборные блоки ММР можно изготовить заранее, а затем привезти и установить на площадке, что делает их строительство более доступным по сравнению с реакторами большой мощности, которые часто проектируются специально для конкретного места, что иногда приводит к задержкам в строительстве. ММР позволяют сэкономить затраты и время строительства, и их можно развертывать постепенно, чтобы соответствовать растущему спросу на энергию.

Одним из препятствий для расширения доступа к энергии является инфраструктура — ограниченный охват сельских районов энергосетями — и стоимость подключения к сетям для электрификации этих районов. На одну электростанцию должно приходиться не более 10% от общей установленной мощности энергосети. В районах, где нет достаточного количества линий электропередач и сетевых мощностей, ММР могут быть подключены к существующей энергосети или работать автономно (вне ее) благодаря их меньшей мощности, генерируя низкоуглеродную энергию для промышленности и населения. Это особенно актуально для микрореакторов, являющихся разновидностью ММР, предназначенных для выработки электроэнергии мощностью, как правило, до 10 МВт (эл.). Микрореакторы занимают меньшую площадь, чем другие ММР, и лучше подходят для районов, в которых экологически чистая, надежная и недорогая энергия недоступна. Кроме того, микрореакторы могут служить в качестве резервного источника питания в чрезвычайных ситуациях или использоваться вместо электрогенераторов, которые часто работают на дизельном топливе, например в сельских населенных пунктах или на удаленных предприятиях.

По сравнению с действующими реакторами предлагаемые конструкции ММР являются в целом более простыми, а концепция безопасности для ММР часто в большей степени опирается на пассивные системы и такие присущие этим реакторам внутренние характеристики безопасности, как малая мощность и низкое рабочее давление. Это означает, что для отключения систем не требуется вмешательства человека или внешней энергии или силы, поскольку пассивные системы полагаются на физические явления, такие как естественная циркуляция, конвекция, гравитация и создание повышенного давления. Благодаря этому в некоторых случаях устраняется или значительно снижается вероятность опасных радиоактивных выбросов в окружающую среду и контакта с ними населения в случае аварии.

ММР имеют сниженные требования к топливу. На электростанциях на основе ММР можно реже осуществлять перегрузку топлива: каждые 3–7 лет, в то время как на традиционных станциях она требуется каждые 1–2 года. Некоторые ММР спроектированы таким образом, что могут работать без перегрузки до 30 лет.

Каково положение дел с ММР?

В деятельности, направленной на внедрение технологии ММР до конца этого десятилетия, активно участвуют как государственные, так и частные организации. На российской АЭС «Академик Ломоносов», первой в мире плавучей атомной электростанции, промышленная эксплуатация которой началась в мае 2020 года, энергия генерируется на двух ММР мощностью 35 МВт (эл). Другие ММР находятся на этапе строительства или лицензирования в Аргентине, Канаде, Китае, России, Соединенных Штатах Америки и Южной Корее.

Проекты более 70 коммерческих ММР, разрабатываемых по всему миру, рассчитаны на различную производительность и разные области применения, такие как электроэнергетика, гибридные энергетические системы, отопление, опреснение воды и парогенерация для промышленных применений. ММР имеют меньшие капитальные затраты на единицу продукции, однако их экономическую конкурентоспособность еще предстоит доказать на практике, когда будет начата их эксплуатация.

Ознакомьтесь с тем, как международное сотрудничество будет способствовать созданию ММР, включая микрореакторы.

ММР и устойчивое развитие

ММР и атомные электростанции обладают уникальными характеристиками с точки зрения эффективности, экономичности и гибкости. В то время как ядерные реакторы представляют собой поддающиеся диспетчерскому управлению источники энергии (они могут регулировать выработку электроэнергии в зависимости от спроса на нее), некоторые возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, являются источниками энергии переменной мощности, которые зависят от погоды и времени суток. ММР могут быть использованы в паре с возобновляемыми источниками энергии и повышать их эффективность в рамках гибридной энергетической системы. Благодаря этим характеристикам ММР играют ключевую роль в переходе к экологически чистой энергетике, а также помогают странам в достижении целей в области устойчивого развития (ЦУР).

Благодаря усилиям по достижению цели всеобщего доступа к энергии, ЦУР 7, удалось добиться заметного прогресса, однако проблемы все еще сохраняются, в основном в отдаленных и сельских районах. Поскольку глобальные усилия направлены на внедрение экологически чистых и инновационных решений, более активное использование возобновляемых источников энергии в сочетании с ММР может помочь решить эти проблемы.

Узнайте, как ядерная энергетика может заменить уголь в рамках перехода к экологически чистой энергии.

Какую роль играет МАГАТЭ?

МАГАТЭ создало Платформу по ММР и их применению — предназначенный для стран единый центр координации помощи по всем аспектам разработки, развертывания, мониторинга и применения ММР в электрической и неэлектрической сфере, например в системах централизованного теплоснабжения и опреснения воды.
МАГАТЭ оценивает степень, в которой существующие нормы безопасности МАГАТЭ могут быть применены к инновационным технологиям. В 2022 году МАГАТЭ планирует опубликовать доклад по безопасности, посвященный применимости норм безопасности МАГАТЭ к технологиям ММР.
Техническая рабочая группа по реакторам малой и средней мощности и модульным реакторам (ТРГ-РМСМ/ММР) МАГАТЭ и Форум регулирующих органов по ММР служат площадкой, на которой эксперты могут вместе обсудить трудности и поделиться опытом, имеющим отношение к разработке и будущему развертыванию ММР.
МАГАТЭ содействует устойчивому развитию ядерной энергетики. МАГАТЭ проводит технические совещания, выпускает научно-технические публикации и содействует реализации проектов координированных исследований.

Ресурсы по теме

03.12.2021

Отключение реакторов: можно ли обезопасить ЗАЭС

03 сентября 2022
09:27

VisualRian

Миссия МАГАТЭ, наконец, добралась до Запорожской АЭС. Глава агентства Рафаэль Гросси заявил, что смог увидеть ключевые вещи на атомном объекте. Правда, о том, по чьей вине обострилась ситуация вокруг ЗАЭС, он публично говорить не стал. Лишь отметил, что «физическая целостность станции была очевидно неоднократно нарушена». Как и кем она была «нарушена» немудрено понять. Той же делегации МАГАТЭ показали карту, куда и когда прилетали снаряды ВСУ.

Украинская артиллерия обстреливает станцию с завидным упорством, даже прямо перед визитом Гросси были удары по инфраструктуре АЭС, что привело к внештатным аварийным событиям. Была повреждена линия питания, сработала автоматическая система защиты, ну а далее остановился один из энергоблоков.

«Наносится ресурсный ущерб в первую очередь как раз парогенератору, а это самая тонкая точка. Сегодня эти парогенераторы отработали 34 года, какие-то отработали 35 лет. Это все, конечно, и есть дефект эксплуатации, который может выстрелить самым негативным образом», – объясняет Максим Шингаркин, эксперт по атомной энергетике.

Член главного совета военно-гражданской администрации Запорожской области Владимир Рогов пояснил, что киевский режим целенаправленно бьет по ЗАЭС, чтобы вызвать радиоактивный выброс. При этом риски для безопасности не снизит даже отключение реакторов, что недавно предложил сделать представитель Совета национальной безопасности США Джон Кирби.

Дело в том, что во время работы реактора нарабатывается очень много осколков деления. Да, цепную реакцию можно остановить за несколько секунд, просто опустив в реактор управляющие стержни. Но вот прервать радиоактивный распад осколков деления невозможно физически. Соответственно, выделение тепла продолжится вне зависимости от того, заглушили реактор или нет.

Вспомним принцип работы атомного реактора. Внутри него циркулирует вода, очищенная от примесей. Запуск реактора происходит, когда из его активной зоны извлекаются стержни, поглощающие нейтроны. Во время цепной реакции высвобождается большое количество тепловой энергии. Циркулируя в активной зоне реактора и омывая топливные элементы (ТВЭЛы), вода под давлением около 16 МПа нагревается до 320 градусов. Затем, проходя по первому контуру, она отдает тепло второму контуру. А далее все, как на обычной ТЭС: вода превращается в пар, он с огромной скоростью вращает турбину, которая, в свою очередь, приводит в движение электрогенератор, вырабатывающий электрический ток. Но есть и «отложенная» энергия – ее впоследствии выделяют осколки деления при радиоактивном распаде. В этом-то и заключается основная проблема.

Конечно, мощность остаточного тепловыделения со временем будет падать, ведь по закону радиоактивного распада радиоактивность должна уменьшаться. Например, сразу после остановки ВВЭР-1000 остаточное энерговыделение составляет примерно 6% от мощности блока. Через 3 минуты оно спадет до 2%, а через час – до 1 процента. Но главная проблема в том, что даже спустя месяцы и годы после остановки реактора тепло продолжит выделяться! Да, речь идет о сотых процента от номинальной мощности. Но только вдумайтесь: одна сотая процента от 3000 МВт – это 300 кВт.

Этой энергии вполне хватит для повреждения топлива, если оставить реактор без внимания и обслуживания. А это значит, что в течение нескольких лет придется прогонять через реактор колоссальные объемы воды. Это десятки миллионов кубометров, которые должны предотвратить процесс вторичного деления.

Ну и, конечно, надо отметить, что обстрелы ВСУ – это не только ядерный терроризм, но и диверсия по отношению к своим собственным гражданам. Да, на Украине остаются еще три АЭС, но Запорожская давала стране пятую часть всей энергии. Она обеспечивала электричеством все население Украины, а еще металлургию, топливную и машиностроительную отрасли.

Россия запросила на 6 сентября заседание Совета Безопасности ООН. Как раз в свете непрекращающихся украинских обстрелов Запорожской АЭС и безрассудных провокаций киевского режима. Любопытно, что на этом заседании скажет Рафаэль Гросси.

Украина
атомная энергетика
МАГАТЭ
обстрел
Запорожская АЭС
общество
новости
Россия
ядерная безопасность

Ранее по теме

МАГАТЭ хочет, чтобы Россия отказалась от Запорожской АЭС
МАГАТЭ: зона безопасности вокруг ЗАЭС – это реалистично
МАГАТЭ: беспокойство безопасностью ЗАЭС растет с каждым днем
Минобороны РФ: Украина снова обстреливает Запорожскую АЭС
Сотрудники Запорожской АЭС получили первую российскую зарплату
Спецслужбы России предотвратили теракт на Запорожской АЭС

Ядерный реактор | Определение, история и компоненты

ядерный реактор

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Вернер Гейзенберг
Игорь Васильевич Курчатов
Хайман Дж. Риковер
Ирен Жолио-Кюри
Фредерик Жолио-Кюри

Похожие темы:: термоядерный реактор
реактор-размножитель
экранирование
штырь
ядерное топливо

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

ядерный реактор , любое из класса устройств, которые могут инициировать и контролировать самоподдерживающуюся серию ядерных делений. Ядерные реакторы используются в качестве исследовательских инструментов, в качестве систем для производства радиоактивных изотопов и, прежде всего, в качестве источников энергии для атомных электростанций.

Принцип работы

Ядерные реакторы работают по принципу ядерного деления, процесса, при котором тяжелое атомное ядро расщепляется на два меньших фрагмента. Ядерные фрагменты находятся в очень возбужденном состоянии и испускают нейтроны, другие субатомные частицы и фотоны. Испущенные нейтроны могут затем вызвать новые деления, которые, в свою очередь, дадут больше нейтронов и так далее. Такая непрерывная самоподдерживающаяся серия делений представляет собой цепную реакцию деления. При этом выделяется большое количество энергии, и эта энергия является основой ядерных энергетических систем.

В атомной бомбе цепная реакция предназначена для увеличения интенсивности до тех пор, пока большая часть материала не расщепится. Это увеличение происходит очень быстро и приводит к чрезвычайно быстрым, чрезвычайно энергичным взрывам, характерным для таких бомб. В ядерном реакторе цепная реакция поддерживается на контролируемом, почти постоянном уровне. Ядерные реакторы устроены так, что они не могут взорваться, как атомные бомбы.

Большая часть энергии деления — примерно 85 процентов — высвобождается в течение очень короткого времени после того, как процесс произошел. Остальная часть энергии, произведенной в результате события деления, поступает от радиоактивного распада продуктов деления, которые представляют собой осколки деления после того, как они испустили нейтроны. Радиоактивный распад — это процесс, при котором атом достигает более стабильного состояния; процесс распада продолжается даже после прекращения деления, и его энергия должна учитываться в любой правильной конструкции реактора.

Britannica Quiz

Знаете ли вы, какой афроамериканский изобретатель создал какой продукт?

Кто изобрел противогаз? Кто изобрел первую форму домашней системы безопасности? Проверьте свои знания. Пройди тест.

Ход цепной реакции определяется вероятностью того, что нейтрон, выделившийся при делении, вызовет последующее деление. Если количество нейтронов в реакторе уменьшится за определенный период времени, скорость деления уменьшится и в конечном итоге упадет до нуля. В этом случае реактор будет находиться в так называемом подкритическом состоянии. Если с течением времени популяция нейтронов поддерживается с постоянной скоростью, скорость деления останется постоянной, и реактор будет находиться в так называемом критическом состоянии. Наконец, если популяция нейтронов со временем будет увеличиваться, скорость деления и мощность увеличатся, и реактор окажется в сверхкритическом состоянии.

Перед запуском реактора нейтронная популяция близка к нулю. Во время пуска реактора операторы удаляют управляющие стержни из активной зоны, чтобы способствовать делению в активной зоне реактора, фактически временно переводя реактор в сверхкритическое состояние. Когда реактор приближается к номинальному уровню мощности, операторы частично вставляют регулирующие стержни, со временем уравновешивая количество нейтронов. В этот момент реактор поддерживается в критическом состоянии, или в так называемом стационарном режиме. Когда реактор должен быть остановлен, операторы полностью вставляют регулирующие стержни, препятствуя возникновению деления и переводя реактор в подкритическое состояние.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Управление реактором

Обычно в ядерной промышленности используется параметр реактивности, который является мерой состояния реактора по отношению к тому, где он был бы, если бы находился в критическом состоянии. Реактивность положительна, когда реактор находится в сверхкритическом состоянии, равна нулю при критичности и отрицательна, когда реактор находится в подкритическом состоянии. Реактивность можно контролировать различными способами: добавляя или удаляя топливо, изменяя соотношение нейтронов, выходящих из системы, к тем, которые остаются в системе, или изменяя количество поглотителя, конкурирующего с топливом за нейтроны. В последнем методе количество нейтронов в реакторе регулируется путем изменения поглотителей, которые обычно имеют форму подвижных регулирующих стержней (хотя в менее распространенной конструкции операторы могут изменять концентрацию поглотителя в теплоносителе реактора). С другой стороны, изменения утечки нейтронов часто происходят автоматически. Например, увеличение мощности приведет к уменьшению плотности теплоносителя реактора и, возможно, к его закипанию. Это уменьшение плотности теплоносителя увеличит утечку нейтронов из системы и, таким образом, снизит реактивность — процесс, известный как отрицательная обратная связь по реактивности. Утечка нейтронов и другие механизмы отрицательной обратной связи реактивности являются жизненно важными аспектами конструкции безопасного реактора.

Типичное взаимодействие деления происходит порядка одной пикосекунды (10 ⁻¹² секунды). Эта чрезвычайно высокая скорость не дает оператору реактора достаточно времени, чтобы наблюдать за состоянием системы и реагировать соответствующим образом. К счастью, управлению реактором помогает присутствие так называемых запаздывающих нейтронов, которые представляют собой нейтроны, испускаемые продуктами деления через некоторое время после того, как произошло деление. Концентрация запаздывающих нейтронов в любой момент времени (чаще называемая эффективной долей запаздывающих нейтронов) составляет менее 1 процента от всех нейтронов в реакторе. Однако даже этого небольшого процента достаточно, чтобы облегчить мониторинг и контроль изменений в системе и безопасно регулировать работающий реактор.