Ядерная энергетика. Опасность предприятия.
Данный сайт создан для изучения обучающимися "обратной стороны" ядерной энергетики и подробного разбора крупнейшей техногенной катастрофе XX века.
Ядерная энергетика в жизни человека.
Ядерная энергетика - это неотъемлемая часть жизни каждого из нас. Данное предприятие способствует в первую очередь эффективной и стабильной добыче электроэнергии. Ядерные электростанции обеспечивают непрерывное производство электроэнергии без зависимости от погодных условий или времени суток. Также, ядерная энергетика может быть полезна людям по следующим причинам:
- Снижение выбросов парниковых газов. Ядерная энергетика является одним из наиболее чистых источников энергии, поскольку не производит углекислый газ и другие вредные выбросы в атмосферу.
- Снижение зависимости от импорта энергоресурсов. Ядерная энергетика позволяет странам обеспечивать себя энергией на местном уровне, уменьшая необходимость в импорте нефти, газа и угля.
- Создание новых рабочих мест. Строительство и эксплуатация ядерных электростанций требует большого количества специалистов, что способствует созданию новых рабочих мест и развитию экономики страны.
- Развитие научно-технического потенциала. Ядерная энергетика требует высоких технологий и научных исследований, что способствует развитию науки и техники в целом.
Принцип работы ядерного реактора
В любом ядерном реакторе имеются такие составляющие как: активная зона с топливом и замедлителем, отражатель нейтронов, теплоноситель, система управления и защиты. В качестве топлива в реакторах чаще всего используются изотопы урана (235, 238, 233), плутония (239) и тория (232).Изотопы - это одни из разновидностей атомов химического элемента, имеющие одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место таблицы Менделеева. Активную зону можно ассоциировать как котел, через который протекает обычная вода (являющаяся теплоносителем). Среди других теплоносителей реже используется «тяжелая вода» и жидкий графит. Тяжелая вода состоит из кислорода и дейтерия, а дейтерий - это стабильный изотоп водорода, который встречается в природе или может быть создан в лабораторных и промышленных условиях. Жидкий графит же, представляет собой графит подвергшийся температуре плавления. Что касаемо работы АЭС, важно уточнить, что ядерный реактор используется для получения тепла. Само электричество вырабатывается тем же методом, что и на других типах электростанций - пар вращает турбину, а энергия движения преобразуется в электрическую энергию.
Приведем ниже схему работы ядерного реактора.
В любом ядерном реакторе имеются такие составляющие как: активная зона с топливом и замедлителем, отражатель нейтронов, теплоноситель, система управления и защиты. В качестве топлива в реакторах чаще всего используются изотопы урана (235, 238, 233), плутония (239) и тория (232).Изотопы - это одни из разновидностей атомов химического элемента, имеющие одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место таблицы Менделеева. Активную зону можно ассоциировать как котел, через который протекает обычная вода (являющаяся теплоносителем). Среди других теплоносителей реже используется «тяжелая вода» и жидкий графит. Тяжелая вода состоит из кислорода и дейтерия, а дейтерий - это стабильный изотоп водорода, который встречается в природе или может быть создан в лабораторных и промышленных условиях. Жидкий графит же, представляет собой графит подвергшийся температуре плавления. Что касаемо работы АЭС, важно уточнить, что ядерный реактор используется для получения тепла. Само электричество вырабатывается тем же методом, что и на других типах электростанций - пар вращает турбину, а энергия движения преобразуется в электрическую энергию.
Приведем ниже схему работы ядерного реактора.
При продукции тяжелого ядра урана происходит образование более легких элементов и добавление нейтронов в систему. Эти нейтроны сталкиваются с другими ядерными частицами, что поддерживает процесс деления ядер. При увеличении числа нейтронов реакция сильно нарастает. Определенное значение коэффициента размножения нейтронов играет важную роль в этом процессе. При потенциальном превышении коэффициента значение равное единице, возможно возникновение ядерного взрыва. Если значение ниже единицы, недостаточно нейтронов для поддержания реакции. Сохраняя значение коэффициента на уровне равном единице, реакция протекает долгим и устойчивым образом.
Цепная реакция
В ядерном реакторе ядерное топливо содержится в специальных стержнях, называемых тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами). Каждый ТВЭЛ состоит из небольших таблеток топлива и объединен в шестигранную кассету. В реакторе может быть установлено множество таких кассет. ТВЭЛы устанавливаются вертикально и имеют систему для регулирования их глубины в активной зоне. Кроме кассет, в реакторе также находятся управляющие стержни и стержни аварийной защиты, изготовленные из материала, способного поглощать нейтроны. Управляющие стержни используются для регулирования нейтронного потока, а стержни аварийной защиты предназначены для быстрой остановки реактора в случае чрезвычайной ситуации.
Цепная реакция
В ядерном реакторе ядерное топливо содержится в специальных стержнях, называемых тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами). Каждый ТВЭЛ состоит из небольших таблеток топлива и объединен в шестигранную кассету. В реакторе может быть установлено множество таких кассет. ТВЭЛы устанавливаются вертикально и имеют систему для регулирования их глубины в активной зоне. Кроме кассет, в реакторе также находятся управляющие стержни и стержни аварийной защиты, изготовленные из материала, способного поглощать нейтроны. Управляющие стержни используются для регулирования нейтронного потока, а стержни аварийной защиты предназначены для быстрой остановки реактора в случае чрезвычайной ситуации.
Реактор РБМК-1000
Зарождением мощного канального реактора стало техническое совещание, прошедшее 12 января 1965 года в Ленинграде, руководство принадлежало первому заместителю министра среднего машиностроения А.И.Чурина, на котором были приняты первые организационные решения. 15 апреля 1966 года было подписано задание на проектирование Ленинградской атомной электростанции (ЛАЭС) в 70 км к западу от Ленинграда, и в 4 км от п. Сосновый Бор. Руководство над проектом на себя взял Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова. Уже в 1966 году технический проект реактора Б-190 был представлен на расширенном научно-техническом совете МСМ, где он получил отрицательный отзыв. После этого было принято решение о передачи функций Главного конструктора энергоустановки полностью в НИИ-8, где ему присвоили привычный индекс РБМК-1000 (Реактор Большой Мощности Канальный 1000 МВт(эл.)) И наконец в начале июня 1967 года проект повторно представленный на совете МСМ, получает положительный отзыв, что стало появлением на свет нового реактора.
.
Реактор РБМК-1000 с тепловой мощностью 3200 МВт является системой, где легкая вода используется в качестве теплоносителя, а двуокись урана - в качестве топлива. Двуокисью урана называют неорганическое бинарное химическое соединение урана с кислородом. Ядерная энергетическая установка состоит из реактора, технических средств, обеспечивающих его работу, и устройств, преобразующих тепловую энергию в другие виды энергии. Примерно 95% энергии, выделяющейся при делении, передается теплоносителю, а примерно 5% выделяется в графите для замедления нейтронов и поглощения гамма-квантов.
Реактор оборудован двумя идентичными охладительными петлями, в каждой из которых содержится по 840 параллельных вертикальных каналов с тепловыделяющими сборками - ТВС. Каждая петля оборудована четырьмя включенными главными насосами, из которых три работают, подают 7000 тонн воды в час под давлением 1,5 МПа, а четвертый является резервным. Вода в каналах подогревается до кипения и частично испаряется.
Пароводяная смесь со средним содержанием пара 14% выводится через верхнюю часть канала и в пароводяные коммуникации в два горизонтальных гравитационных сепаратора. В них отделяется сухой пар под давлением 7 МПа, который поступает из каждого сепаратора по два паропровода в две турбины мощностью 500 МВт каждая. Вода после смешения с конденсатом пара спускается по 12 опускным трубам во всасывающий коллектор ГЦН.
Недостатки реактора
.
Реактор РБМК-1000 с тепловой мощностью 3200 МВт является системой, где легкая вода используется в качестве теплоносителя, а двуокись урана - в качестве топлива. Двуокисью урана называют неорганическое бинарное химическое соединение урана с кислородом. Ядерная энергетическая установка состоит из реактора, технических средств, обеспечивающих его работу, и устройств, преобразующих тепловую энергию в другие виды энергии. Примерно 95% энергии, выделяющейся при делении, передается теплоносителю, а примерно 5% выделяется в графите для замедления нейтронов и поглощения гамма-квантов.
Реактор оборудован двумя идентичными охладительными петлями, в каждой из которых содержится по 840 параллельных вертикальных каналов с тепловыделяющими сборками - ТВС. Каждая петля оборудована четырьмя включенными главными насосами, из которых три работают, подают 7000 тонн воды в час под давлением 1,5 МПа, а четвертый является резервным. Вода в каналах подогревается до кипения и частично испаряется.
Пароводяная смесь со средним содержанием пара 14% выводится через верхнюю часть канала и в пароводяные коммуникации в два горизонтальных гравитационных сепаратора. В них отделяется сухой пар под давлением 7 МПа, который поступает из каждого сепаратора по два паропровода в две турбины мощностью 500 МВт каждая. Вода после смешения с конденсатом пара спускается по 12 опускным трубам во всасывающий коллектор ГЦН.
Недостатки реактора
- Недостаточная безопасность - РБМК-1000 имеет уязвимую конструкцию, которая может привести к серьезным авариям.
- Низкая эффективность - энергозатраты для производства электроэнергии в РБМК-1000 выше, чем у других типов реакторов.
- Недостаточная долговечность - РБМК-1000 требует частого обслуживания и ремонта, что повышает операционные издержки.
- Проблемы с утилизацией отработанных ядерных топливных элементов - отработанное топливо РБМК-1000 может представлять опасность для окружающей среды и требует специальных условий для хранения и утилизации.
- Сложность управления - управление процессами в РБМК-1000 требует высокой квалификации персонала и специального обучения.
26 апреля 1986 года авария на Чернобыльской атомной электростанции в Украине привела к одной из самых крупных катастроф в истории ядерной энергетики. Взрыв реактора спровоцировал выброс радиоактивных веществ в атмосферу, что привело к катастрофическим последствиям. Здоровье людей и экология окружающей среды были подвергнуты высокой опасности. Трагические события Чернобыля стали поучительным уроком для всего мира о необходимости строгого соблюдения безопасности при эксплуатации ядерных электростанций.
Причины аварии
Авария произошла в ходе проведения проектных испытаний одной из систем безопасности на 4-м энергоблоке ЧАЭС во время подготовки к остановке блока для планово-предупредительного ремонта. Перед остановкой планировалось провести испытания на турбогенераторе Nº8, моделируя ситуацию, когда турбогенератор остается без подачи пара. Для этого был разработан специальный режим, при котором ротор генератора продолжал производить электроэнергию для собственных нужд блока.
Идея использования эффекта "выбега ротора" для выработки электроэнергии в аварийных ситуациях на АЭС была представлена в рабочей программе, разработанной заместителем "Донтехэнерго" Г. П. Метленко. Эта программа была предназначена для испытаний, запланированных на 25 апреля 1986 года, и, согласно мнению экспертов, соответствовала требованиям времени. Однако она не была обсуждена с вышестоящими организациями и недостаточно уделяла внимания вопросам безопасности ядерной энергетике.
Этот катастрофический аварийный случай был вызван несчастным стечением обстоятельств, включая эксперименты по проведению теста на реакторе. Именно использование неодобренной и опасной технологии, а также недостаточное уделение внимания безопасности, привели к страшным последствиям для окружающей среды и здоровья людей. Однако, к счастью, многие уроки были извлечены после Чернобыльской катастрофы, и безопасность в области ядерной энергетики стала важнейшим аспектом при проектировании и эксплуатации ядерных электростанций.
Становится ясно, что еще в январе того же года программа была направлена директором ЧАЭС В. П. Брюхановым на утверждение генеральному проектировщику энергоблока РБМК-1000 в институте «Гидропроект» и в Госатомэнергонадзоре. Однако не было получено ответа или разрешения на проведение эксперимента. Следовательно, ответственность за аварию также лежит на руководителях указанных государственных учреждений.
При проведении эксперимента операторами не учтены конструктивные недостатки реактора РБМК, которые, согласно специалистам МАГАТЭ, являлись одной из причин аварии.
Сочетание конструктивных недостатков реактора РБМК с нарушениями техники безопасности, допущенными операторами в процессе эксперимента, привело к катастрофе. Конструкторы утверждали о высокой надежности реактора, однако при выполнении эксперимента были допущены серьезные ошибки. Эти ошибки были выявлены специалистами контрольных органов, и их выводы были представлены Правительственной комиссии. Обнаруженное сочетание ошибок не было предусмотрено в системе безопасности и конструкции реактора.
В заключении правительственной комиссии о причинах катастрофы на ЧАЭС отмечается, что основной причиной аварии было очень маловероятное сочетание нарушений режима работы и порядка эксплуатации, допущенных сотрудниками энергоблока. Это "невозможное" стало реальностью из-за фантастической безответственности и непрофессионального подхода к работе и обязанностям. Поэтому основная причина аварии, по мнению комиссии, не кроется в области физики и техники, а в психологии и дисциплине, то есть в человеческом факторе.
Идея использования эффекта "выбега ротора" для выработки электроэнергии в аварийных ситуациях на АЭС была представлена в рабочей программе, разработанной заместителем "Донтехэнерго" Г. П. Метленко. Эта программа была предназначена для испытаний, запланированных на 25 апреля 1986 года, и, согласно мнению экспертов, соответствовала требованиям времени. Однако она не была обсуждена с вышестоящими организациями и недостаточно уделяла внимания вопросам безопасности ядерной энергетике.
Этот катастрофический аварийный случай был вызван несчастным стечением обстоятельств, включая эксперименты по проведению теста на реакторе. Именно использование неодобренной и опасной технологии, а также недостаточное уделение внимания безопасности, привели к страшным последствиям для окружающей среды и здоровья людей. Однако, к счастью, многие уроки были извлечены после Чернобыльской катастрофы, и безопасность в области ядерной энергетики стала важнейшим аспектом при проектировании и эксплуатации ядерных электростанций.
Становится ясно, что еще в январе того же года программа была направлена директором ЧАЭС В. П. Брюхановым на утверждение генеральному проектировщику энергоблока РБМК-1000 в институте «Гидропроект» и в Госатомэнергонадзоре. Однако не было получено ответа или разрешения на проведение эксперимента. Следовательно, ответственность за аварию также лежит на руководителях указанных государственных учреждений.
При проведении эксперимента операторами не учтены конструктивные недостатки реактора РБМК, которые, согласно специалистам МАГАТЭ, являлись одной из причин аварии.
Сочетание конструктивных недостатков реактора РБМК с нарушениями техники безопасности, допущенными операторами в процессе эксперимента, привело к катастрофе. Конструкторы утверждали о высокой надежности реактора, однако при выполнении эксперимента были допущены серьезные ошибки. Эти ошибки были выявлены специалистами контрольных органов, и их выводы были представлены Правительственной комиссии. Обнаруженное сочетание ошибок не было предусмотрено в системе безопасности и конструкции реактора.
В заключении правительственной комиссии о причинах катастрофы на ЧАЭС отмечается, что основной причиной аварии было очень маловероятное сочетание нарушений режима работы и порядка эксплуатации, допущенных сотрудниками энергоблока. Это "невозможное" стало реальностью из-за фантастической безответственности и непрофессионального подхода к работе и обязанностям. Поэтому основная причина аварии, по мнению комиссии, не кроется в области физики и техники, а в психологии и дисциплине, то есть в человеческом факторе.
Последствия аварии на Чернобыльской АЭС.
Первое, что стоит отметить — радиационное загрязнение. Высокий уровень радиационного загрязнения в результате большого выброса радиоактивных веществ в атмосферу, привел к серьезным последствиям для здоровья и жизни многих людей. Сотни тысяч людей были эвакуированы из зоны отчуждения общей площадью около 2700 квадратных километров в радиусе 30 метров, многие из них продолжают страдать от радиационных последствий.
Экологические последствия: Радиоактивные вещества попали в почву, воду и воздух, вызывая загрязнение окружающей среды. Это привело к долгосрочным экологическим последствиям для природы и живых организмов в зоне аварии и за ее пределами.
Социальные и экономические последствия: Множество людей потеряли свои дома, работу и здоровье из-за аварии на ЧАЭС. Это привело к социальным и экономическим проблемам как в зоне аварии, так и в более широкой перспективе.
Потери в энергетической отрасли: Авария на ЧАЭС привела к закрытию ряда атомных электростанций, которые были построены по аналогичным проектам, и к изменению общего отношения общества к атомной энергетике.
Экологические последствия: Радиоактивные вещества попали в почву, воду и воздух, вызывая загрязнение окружающей среды. Это привело к долгосрочным экологическим последствиям для природы и живых организмов в зоне аварии и за ее пределами.
Социальные и экономические последствия: Множество людей потеряли свои дома, работу и здоровье из-за аварии на ЧАЭС. Это привело к социальным и экономическим проблемам как в зоне аварии, так и в более широкой перспективе.
Потери в энергетической отрасли: Авария на ЧАЭС привела к закрытию ряда атомных электростанций, которые были построены по аналогичным проектам, и к изменению общего отношения общества к атомной энергетике.
Ликвидация аварии
В период с 26 апреля по 8 мая 1986 года на Чернобыльской атомной электростанции произошла крупнейшая ядерная авария в истории. Ликвидация последствий этой аварии была проведена срочно и в экстремальных условиях.
Сразу после взрыва реактора была объявлена эвакуация населения из зоны отчуждения в пределах 30 километров от станции. Было принято решение о создании "уединенной зоны" с радиусом 10 километров, куда были эвакуированы все жители города Припять, находившегося непосредственно рядом с ЧАЭС.
Для ликвидации последствий аварии была сформирована специальная группа ликвидаторов, в которую вошли сотрудники МЧС, армии, исследовательских институтов, а также добровольцы. Ликвидаторы работали без остановки и подвергались огромным дозам радиации. Они выполняли различные задачи, такие как укрепление разрушенного реактора, ликвидация пламени на поверхности станции, очистка территории от радиоактивных отходов.
Для обеспечения безопасности ликвидаторов были приняты специальные меры, такие как разработка и применение защитной экипировки, создание временных защитных сооружений и применение техники для удаления радиоактивных материалов.
Все усилия ликвидаторов были направлены на минимизацию последствий аварии и предотвращение дальнейшего распространения радиации. Благодаря их героическим усилиям удалось остановить пожар и предотвратить дальнейшее загрязнение окружающей среды.
Ликвидация аварии на Чернобыльской АЭС была одним из самых сложных и опасных подвигов в истории человечества, но благодаря смелости и самоотверженности ликвидаторов удалось предотвратить еще более страшные последствия.
В период с 26 апреля по 8 мая 1986 года на Чернобыльской атомной электростанции произошла крупнейшая ядерная авария в истории. Ликвидация последствий этой аварии была проведена срочно и в экстремальных условиях.
Сразу после взрыва реактора была объявлена эвакуация населения из зоны отчуждения в пределах 30 километров от станции. Было принято решение о создании "уединенной зоны" с радиусом 10 километров, куда были эвакуированы все жители города Припять, находившегося непосредственно рядом с ЧАЭС.
Для ликвидации последствий аварии была сформирована специальная группа ликвидаторов, в которую вошли сотрудники МЧС, армии, исследовательских институтов, а также добровольцы. Ликвидаторы работали без остановки и подвергались огромным дозам радиации. Они выполняли различные задачи, такие как укрепление разрушенного реактора, ликвидация пламени на поверхности станции, очистка территории от радиоактивных отходов.
Для обеспечения безопасности ликвидаторов были приняты специальные меры, такие как разработка и применение защитной экипировки, создание временных защитных сооружений и применение техники для удаления радиоактивных материалов.
Все усилия ликвидаторов были направлены на минимизацию последствий аварии и предотвращение дальнейшего распространения радиации. Благодаря их героическим усилиям удалось остановить пожар и предотвратить дальнейшее загрязнение окружающей среды.
Ликвидация аварии на Чернобыльской АЭС была одним из самых сложных и опасных подвигов в истории человечества, но благодаря смелости и самоотверженности ликвидаторов удалось предотвратить еще более страшные последствия.
Соблюдение мер безопасности является обязательным и важнейшим аспектом в такой отрасли, как ядерная энергетика. Нынешним и будущим специалистам важно помнить об этом, чтобы не повторить ошибок прошлого и сохранить благоприятные условия жизни для будущих поколений.
Источники:
"В память о Чернобыле" - Безуглов Ю. А., Мятлюк Л. А., Мазур Т. Я., Ковалев И. С., Соколова А. Л., Сафронов В. А. под редакцией кандидата наук Матвеева В.В.
схема - https://habr.com/ru/companies/leader-id/articles/520580/
фотография №1 - https://ria.ru/20180426/1519324602.html / Игорь Костин
фотография №2 - https://uust.ru/news/get/26-aprelya-mezhdunarodnyj-den-pamyati-zhertv-radiacionnyh-avarij-i-katastrof/
"В память о Чернобыле" - Безуглов Ю. А., Мятлюк Л. А., Мазур Т. Я., Ковалев И. С., Соколова А. Л., Сафронов В. А. под редакцией кандидата наук Матвеева В.В.
схема - https://habr.com/ru/companies/leader-id/articles/520580/
фотография №1 - https://ria.ru/20180426/1519324602.html / Игорь Костин
фотография №2 - https://uust.ru/news/get/26-aprelya-mezhdunarodnyj-den-pamyati-zhertv-radiacionnyh-avarij-i-katastrof/
