Одним из путей борьбы с загрязнением окружающей среды является переход на более чистые источники электроэнергии. К числу таких источников сегодня по праву относятся атомные электростанции (АЭС). В одной только Европе, благодаря атомным электростанциям, в атмосферу НЕ выбрасывается более чем полмиллиарда тонн углекислого газа каждый год, которые непременно стали бы серьезным источником загрязнения, если бы энергия получалась путем сжигания углеводородов.
Именно благодаря работающим круглые сутки, семь дней в неделю, атомным электростанциям, многие жилища и предприятия по всему миру непрерывно обеспечиваются электроэнергией. Плюс ко всему на станциях работают многочисленные специалисты, а это — достойно оплачиваемые рабочие места.
Диспетчерская атомной электростанции
Что же такое атомная электростанция? Давайте узнаем, как она устроена и работает.
Атомные электростанции (АЭС) являются разновидностью тепловых электростанций.
Источником тепловой энергии этих станций является процесс деления ядер атомов урана и плутония, являющихся первоисточником ядерного топлива, осуществляемый в ядерных реакторах. В качестве теплоносителя используют воду или газы, прокачиваемые через каналы реактора и парогенераторы. Получающийся пар поступает в паровые турбины, приводящие в движение генераторы, как и на обычных тепловых станциях.
Первая в мире атомная станция была построена в СССР в 1954 г.
Любая атомная электростанция — это сложный комплекс оборудования, устройств и сооружений, назначение которого — генерировать электрическую энергию, причем топливом здесь служит особое вещество - уран-235. В процессе деления ядер урана-235, выделяется огромное количество ядерной энергии, которая легко преобразуется в тепло, а тепло — в электричество.
Ядерный ректор — сердце атомной электростанции, ведь в него загружается ядерное топливо, и именно внутри реактора протекает управляемая цепная реакция расщепления урана-235. Нейтроны воздействуют на неустойчивые ядра урана-235, приводя к их распаду и выделению энергии.
Суть в том, что в ядре используемого в реакторе изотопа урана-235 не хватает для устойчивости трех нейтронов, поэтому ядро данного элемента очень нестабильно, и легко развалится на две части, стоит летящему с определенной скоростью нейтрону попасть в него.
Как только такой нейтрон попадает в неустойчивое ядро, оно распадается выделяя энергию, но при этом из уже развалившегося ядра опять же вылетают 2-3 новых нейтрона, они раскалывают другие ядра и т. д. - так идет цепная реакция деления ядер урана-235. А чтобы не случилось взрыва, нейтроны, служащие запалом, нужно контролировать, - слишком много нейтронов к топливу не подавать.
В ядерных реакторах, которыми оснащены работающие электростанции, энергия генерируется в тепловыделяющих элементах (твэлах). В простейшем случае твэл можно представить как стержень (сердечник), содержащий ядерное горючее (например, двуокись урана) и заключенный в оболочку из конструкционных материалов.
При делении ядер урана его осколки разлетаются с огромными скоростями, но практически не покидают сердечник, так как тормозятся внутри него, передавая атомам свою энергию и разогревая сердечник.
Именно тепло, выделяемое в сердечнике твэла, и есть та энергия, которая затем в сложном процессе ее преобразования в системе теплообменник — пар — турбина — генератор преобразуется в электроэнергию.
Движущиеся в сердечнике твэла осколки деления «сдвигают» атомы, нарушают кристаллическую структуру материалов, из которых он сделан, приводят к изменению их физических свойств. Чем дольше работает твэл в реакторе, тем больше изменяются свойства сердечника, тем больше накапливается в нем радиоактивных осколков.
Топливо в рабочую зону реактора заносится в специальных трубках, которые помещают в замедлитель, способный преобразовывать энергию нейтронов в тепло. В замедлитель погружают стержни, изготовленные из поглощающего нейтроны материала, чтобы очень точно контролировать скорость реакции. Чем выше подняты стержни — тем больше нейтронов действует на топливо, соответственно чем ниже стержни в реактор опускают — тем менее интенсивно протекает реакция.
Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)
Территориально реактор размещен в реакторном зале главного корпуса АЭС, здесь же находится бассейн выдержки ядерного топлива, а также погрузочная машина. Рабочая зона, в которой собственно и протекает реакция, возведена в специальной бетонной шахте, оборудованной системой управления (для выбора рабочего режима) и защиты, чтобы в случае аварии можно было бы быстро прекратить реакцию.
Тепло из рабочей зоны ядерного реактора отводится с помощью жидкого или газообразного теплоносителя, который пропускается прямо через рабочую зону реактора. Тепло, которое накапливает теплоноситель, затем передается воде в парогенераторе, где образуется пар.
Пар под огромным давлением передает свою механическую энергию турбогенератору, который вырабатывает электричество, передаваемое затем по линиям электропередач (ЛЭП) - к потребителям. Турбина вместе с парогенератором установлены в турбинном зале, из которого по проводам электроэнергия отправляется на трансформатор, и затем — на ЛЭП.
На территории АЭС также находится корпус, где в бассейнах хранится отработанное топливо. А большие трубы в форме башен, суженных сверху, - это градирни - элементы оборотной системы охлаждения, включающей в себя еще и пруд-охладитель (естественный или искусственный водоем) и брызгальные бассейны.
Кстати, отходы, образуемые после реакции, частично перерабатываются, а оставшиеся — хранятся в специальных контейнерах, защищающих содержимое от проникновения в окружающую среду. Таким образом, на сегодня ядерная энергия является экологически чистой. А сами АЭС не производят вредных выбросов в атмосферу, при этом довольно компактны и безопасны.
Смотрите также: