Как устроена атомная электростанция 🔵

Проблема обеспечения энергетическими ресурсами сопровождает человечество на протяжении всей его истории. С древних времен люди запасались дровами, углем и прочими природными богатствами для своих нужд. Современная энергетика предполагает более эффективные, но в то же время сложные способы согреться и приготовить горячую пищу. Как устроена атомная электростанция, читайте далее в нашей статье.

Содержание

АЭС

Атомная электростанция (АЭС) — это электростанция, в которой электрическая энергия производится за счет ядерных реакций, происходящих в специальных установках — ядерных реакторах.

В процессе работы ядерного реактора происходит расщепление атомных ядер, при этом выделяется огромное количество тепловой энергии, которая затем используется для производства пара и дальнейшего приведения в движение турбин, генерирующих электрический ток.

АЭС являются одним из наиболее эффективных и экономически выгодных источников электроэнергии, но также вызывают опасения из-за возможности аварий и высокой стоимости строительства и эксплуатации.

Устройство АЭС

Атомная электростанция состоит из нескольких основных частей:

Ядерный реактор — установка, в которой происходят ядерные реакции, выделяющие тепловую энергию;
Система охлаждения — обеспечивает отвод тепла от ядерного реактора. Она может быть водяной, паровой или газовой;
Турбина — устройство, которое преобразует тепловую энергию, выделяемую в ядерном реакторе в механическую энергию вращения;
Генератор — преобразует механическую энергию, полученную от турбины в электрическую энергию;
Система управления и контроля — обеспечивает безопасную и эффективную работу АЭС.

В зависимости от типа реактора, АЭС могут иметь различные конструктивные особенности и системы безопасности. Например, некоторые АЭС используют водяной пар в качестве рабочего тела, а другие — жидкий металл.

Также существуют различные типы реакторов, такие как термоядерный реактор, быстроходный реактор и др.

Виды ядерного топлива

На атомных электростанциях используются различные виды ядерного топлива.

Основным ядерным топливом является уран-235, который содержится в виде оксида (UO2) в топливных элементах реактора;
Кроме того, на некоторых АЭС используется также плутоний-239, который получается из использованного ядерного топлива;
Топливные элементы реактора состоят из тонких стержней, заполненных топливом;
Обычно они имеют длину около 4 метров и диаметр около 1 сантиметра. В реакторе находится несколько сотен или тысяч таких стержней.

После использования ядерного топлива на АЭС, оно становится радиоактивным отходом и требует специальной обработки и хранения.

Эшелонированная защита и барьеры безопасности

Безопасность современного энергоблока строится на принципе глубокоэшелонированной защиты. Это серия физических преград, исключающих выход радионуклидов в окружающую среду даже в случае нештатных ситуаций. Выдержит ли такая конструкция падение самолета или мощное землетрясение? Проектировщики закладывают запас прочности, позволяющий локализовать любые последствия внутри гермозоны.

Топливная матрица — диоксид урана удерживает продукты деления на молекулярном уровне;
Оболочка ТВЭЛов — герметичные трубки из циркониевого сплава;
Корпус реактора — сверхпрочный стальной сосуд высокого давления;
Контайнмент — бетонный купол с предварительно напряженной арматурой, отсекающий реакторный зал от внешнего мира.

Двухконтурная схема теплообмена в ВВЭР

В реакторах типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) теплоноситель первого контура находится под давлением до 160 атмосфер. Это позволяет воде нагреваться до 320 °C без закипания. ГЦН (главные циркуляционные насосы) непрерывно прокачивают эту воду через активную зону, где она забирает тепло от раскаленных сборок.

Радиоактивная вода первого контура никогда не встречается с водой второго контура. Теплообмен происходит в парогенераторах через стенки тысяч тонких трубок — так получается чистый пар для вращения турбины.

Такое разделение сред гарантирует радиационную чистоту машинного зала и конденсаторов. Энергия атома превращается в механическое движение лопаток турбины, которое передается на вал генератора для выработки мегаватт электричества.

Управление мощностью и системы СУЗ

Как операторы «укрощают» цепную реакцию? Для этого используются системы управления и защиты (СУЗ), состоящие из поглощающих стержней с бором или кадмием. При их погружении в активную зону поток нейтронов мгновенно снижается, замедляя деление ядер.

В случае малейшего отклонения параметров от нормы срабатывает аварийная защита: стержни падают в реактор под собственным весом за считанные секунды, полностью прекращая реакцию.

Дополнительно применяется борное регулирование — изменение концентрации борной кислоты в теплоносителе. Это позволяет ювелирно настраивать энерговыработку и компенсировать эффекты «отравления» реактора продуктами распада в процессе кампании.