Ydinenergia lyhyesti. Ydinenergia Venäjällä on veturi muiden teollisuudenalojen kehitykselle

Ydinenergian käyttö sen muuntamiseksi sähköksi toteutettiin maassamme ensimmäisen kerran vuonna 1954. Ensimmäinen 5000 kW:n ydinvoimalaitos (NPP) otettiin käyttöön Obninskissa. Ydinreaktorissa vapautuvalla energialla muutettiin vesi höyryksi, joka sitten pyöritti generaattoriin kytkettyä turbiinia. Ydinenergian kehittäminen. Käytössä olevat Novovoronežin, Leningradin, Kurskin, Kuolan ja muut ydinvoimalat toimivat samalla periaatteella. Näiden asemien reaktorien teho on 500-1000 MW. Ydinvoimaloita rakennetaan ensisijaisesti maan Euroopan puolelle. Tämä johtuu ydinvoimalaitosten eduista verrattuna fossiilisilla polttoaineilla toimiviin lämpövoimaloihin. Ydinreaktorit eivät kuluta niukkaa orgaanista polttoainetta eivätkä kuormita rautatiekuljetuksia kivihiilen kuljetuksilla. Ydinvoimalaitokset eivät kuluta ilmakehän happea eivätkä saastuta ympäristöä tuhkalla ja palamistuotteista. Ydinvoimalaitosten sijoittaminen tiheästi asutuille alueille on kuitenkin mahdollinen uhka. Termisissä (eli hitaissa) neutronireaktoreissa uraania käytetään vain 1-2 %. Uraanin täysi käyttö saavutetaan nopeissa neutronireaktoreissa, jotka myös varmistavat uuden ydinpolttoaineen lisääntymisen plutoniumin muodossa. Vuonna 1980 Belojarskin ydinvoimalassa käynnistettiin maailman ensimmäinen nopea neutronireaktori, jonka kapasiteetti on 600 MW. Ydinenergialla, kuten monilla muillakin teollisuudenaloilla, on haitallisia tai vaarallisia ympäristövaikutuksia. Suurin mahdollinen vaara on radioaktiivinen saastuminen. Monimutkaisia ​​ongelmia syntyy radioaktiivisen jätteen loppusijoituksesta ja vanhojen ydinvoimalaitosten purkamisesta. Niiden käyttöikä on noin 20 vuotta, minkä jälkeen asemien kunnostaminen on mahdotonta rakennemateriaalien pitkäaikaisen säteilyaltistuksen vuoksi. Ydinvoimalaitos on suunniteltu mahdollisimman laitoksen henkilökunnan ja yleisön turvallisuutta ajatellen. Ydinvoimalaitosten käyttökokemus eri puolilla maailmaa osoittaa, että biosfääri on normaalikäytössä luotettavasti suojattu ydinvoimalaitosten säteilyvaikutuksilta. Tšernobylin ydinvoimalan neljännen reaktorin räjähdys osoitti kuitenkin, että henkilöstövirheiden ja reaktorien suunnitteluvirheiden aiheuttama reaktorisydämen tuhoutumisriski on edelleen todellisuutta, joten tämän riskin pienentämiseksi ryhdytään tiukimpiin toimenpiteisiin. . Ydinreaktorit asennetaan ydinsukellusveneisiin ja jäänmurtajiin. Ydinase. Atomipommissa suoritetaan hallitsematon ketjureaktio suurella neutronin suurennuskertoimella. Jotta energian vapautuminen lähes välittömästi (räjähdys) tapahtuisi, reaktion on edettävä nopeilla neutroneilla (ilman 235 hidastimen käyttöä). Räjähdysaine on puhdasta uraania g2U tai 239 plutonium 94Pu. Jotta räjähdys tapahtuisi, halkeavan materiaalin on ylitettävä kriittinen koko. Tämä saavutetaan joko yhdistämällä nopeasti kaksi halkeamiskelpoista materiaalia, joilla on alikriittiset mitat, tai puristamalla yksi kappale jyrkästi kokoon, jossa neutronivuoto pinnan läpi putoaa niin paljon, että kappaleen mitat ovat ylikriittisiä. Molemmat suoritetaan käyttämällä tavanomaisia ​​räjähteitä. Kun pommi räjähtää, lämpötila nousee kymmeniin miljooniin kelvineihin. Tässä lämpötilassa paine nousee jyrkästi ja muodostuu voimakas puhallusaalto. Samaan aikaan tapahtuu voimakasta säteilyä. Pommin räjähdyksen ketjureaktiotuotteet ovat erittäin radioaktiivisia ja vaarallisia eläville organismeille. Yhdysvallat käytti atomipommeja toisen maailmansodan lopussa Japania vastaan. Vuonna 1945 atomipommeja pudotettiin Japanin Hiroshiman ja Nagasakin kaupunkeihin. Termoydinpommi (vety) käyttää lämpöydinpommin sisälle sijoitetun atomipommin räjähdystä käynnistämään fuusioreaktion. Ei-triviaaliksi ratkaisuksi osoittautui, että atomipommin räjähdystä ei käytetä lämpötilan nostamiseen, vaan lämpöydinpolttoaineen voimakkaaseen puristamiseen atomipommin räjähdyksen aikana syntyvän säteilyn vaikutuksesta. Maassamme tärkeimmät ideat lämpöydinräjähdyksen luomiseksi esitti A.D. Saharov. Ydinaseiden luomisen myötä sodan voittaminen kävi mahdottomaksi. Ydinsota voi johtaa ihmiskunnan tuhoon, minkä vuoksi ihmiset ympäri maailmaa taistelevat jatkuvasti ydinaseiden kieltämiseksi.

"Ydinenergia"

Johdanto

Energia on kansantalouden tärkein toimiala, joka kattaa energiaresurssit, erilaisten energiamuotojen tuotannon, muuntamisen, siirron ja käytön. Tämä on valtiontalouden perusta.

Maailmassa on meneillään teollistumisprosessi, joka vaatii materiaalien lisäkulutusta, mikä lisää energiakustannuksia. Väestönkasvun myötä maanviljelyn, sadonkorjuun, lannoitteiden tuotannon jne. energiakustannukset kasvavat.

Tällä hetkellä monet planeetan luonnollisista, helposti saatavilla olevista luonnonvaroista ovat ehtymässä. Raaka-aineet on louhittava suurista syvyyksistä tai merenhyllyiltä. Maailman rajalliset öljy- ja kaasuvarat näyttävät altistavan ihmiskunnan energiakriisille. Ydinenergian käyttö antaa ihmiskunnalle kuitenkin mahdollisuuden välttää tämä, sillä atomiytimen fysiikan perustutkimuksen tulokset mahdollistavat energiakriisin uhan torjumisen käyttämällä atomiytimien tiettyjen reaktioiden aikana vapautuvaa energiaa. .

Ydinenergian kehityksen historia

Vuonna 1939 uraaniatomi oli mahdollista jakaa ensimmäistä kertaa. Kului vielä 3 vuotta, ja Yhdysvaltoihin luotiin reaktori kontrolloidun ydinreaktion suorittamiseksi. Sitten vuonna 1945 valmistettiin ja testattiin atomipommi, ja vuonna 1954 maassamme otettiin käyttöön maailman ensimmäinen ydinvoimala. Kaikissa näissä tapauksissa käytettiin atomiytimen hajoamisen valtavaa energiaa. Vielä suurempi määrä energiaa vapautuu atomiytimien fuusion seurauksena. Vuonna 1953 lämpöydinpommia testattiin ensimmäisen kerran Neuvostoliitossa, ja ihminen oppi toistamaan auringossa tapahtuvia prosesseja. Toistaiseksi ydinfuusiota ei voida käyttää rauhanomaisiin tarkoituksiin, mutta jos tämä tulee mahdolliseksi, ihmiset tarjoavat itselleen halpaa energiaa miljardeiksi vuosiksi. Tämä ongelma on ollut yksi modernin fysiikan tärkeimmistä alueista viimeisen 50 vuoden aikana.

Noin vuoteen 1800 asti puu oli pääpolttoaine. Puuenergiaa saadaan kasveihin niiden elinkaaren aikana varastoidusta aurinkoenergiasta. Teollisen vallankumouksen jälkeen ihmiset ovat olleet riippuvaisia ​​mineraaleista, kuten hiilestä ja öljystä, joiden energia on myös saatu varastoidusta aurinkoenergiasta. Kun polttoainetta, kuten hiiltä, ​​poltetaan, hiilen sisältämät vety- ja hiiliatomit yhdistyvät ilman happiatomien kanssa. Kun tapahtuu vesipitoista tai hiilidioksidia, vapautuu korkea lämpötila, joka vastaa noin 1,6 kilowattituntia kilogrammaa kohti tai noin 10 elektronivolttia hiiliatomia kohti. Tämä energiamäärä on tyypillistä kemiallisille reaktioille, jotka johtavat muutoksiin atomien elektronirakenteessa. Osa lämmön muodossa vapautuvasta energiasta riittää pitämään reaktion käynnissä.

Maailman ensimmäinen pilottiydinvoimalaitos, jonka kapasiteetti on 5 MW, käynnistettiin Neuvostoliitossa 27. kesäkuuta 1954 Obninskissa. Ennen tätä atomiytimen energiaa käytettiin ensisijaisesti sotilaallisiin tarkoituksiin. Ensimmäisen ydinvoimalan käynnistäminen merkitsi energian uuden suunnan avautumista, joka sai tunnustusta 1. kansainvälisessä atomienergian rauhanomaista käyttöä koskevassa tieteellisessä ja teknisessä konferenssissa (elokuu 1955, Geneve).

Vuonna 1958 otettiin käyttöön Siperian ydinvoimalan 1. vaihe teholla 100 MW (kokonaissuunnittelukapasiteetti 600 MW). Samana vuonna aloitettiin Belojarskin teollisuusydinvoimalaitoksen rakentaminen, ja 26. huhtikuuta 1964 ensimmäisen vaiheen generaattori (100 MW yksikkö) toimitti virtaa Sverdlovskin energiajärjestelmään, 2. yksikköön, jonka kapasiteetti oli 200 MW otettiin käyttöön lokakuussa 1967. Belojarskin ydinvoimalan tunnusomainen piirre on höyryn ylikuumeneminen (kunnes vaaditut parametrit on saatu) suoraan ydinreaktorissa, mikä mahdollisti tavanomaisten nykyaikaisten turbiinien käytön siinä lähes ilman muutoksia.

Syyskuussa 1964 käynnistettiin Novovoronežin ydinvoimalan ensimmäinen yksikkö, jonka kapasiteetti oli 210 MW. 1 kWh:n sähkön hinta (kaiken voimalaitoksen toiminnan tärkein taloudellinen indikaattori) laski järjestelmällisesti tällä ydinvoimalaitoksella: se oli 1,24 kopekkaa. vuonna 1965, 1,22 kopekkaa. vuonna 1966, 1,18 kopekkaa. vuonna 1967 0,94 kopekkaa. Vuonna 1968. Novovoronežin ydinvoimalan ensimmäinen yksikkö rakennettiin paitsi teolliseen käyttöön, myös demonstraatiolaitokseksi, jossa demonstroitiin ydinenergian kykyjä ja etuja, ydinvoimaloiden luotettavuutta ja turvallisuutta. Marraskuussa 1965 Melekessin kaupungissa Uljanovskin alueella otettiin käyttöön ydinvoimalaitos, jossa oli "kiehuva"-tyyppinen vesi-vesireaktori, jonka kapasiteetti oli 50 MW; reaktori koottiin yksipiirin mukaan. , mikä helpottaa aseman asettelua. Joulukuussa 1969 käynnistettiin Novovoronežin ydinvoimalan toinen yksikkö (350 MW).

Ulkomailla ensimmäinen 46 MW:n teollinen ydinvoimalaitos otettiin käyttöön vuonna 1956 Calder Hallissa (Englanti). Vuotta myöhemmin Shippingportissa (USA) otettiin käyttöön 60 MW:n ydinvoimala.

Ydinenergian perusteet

Atomiydin jolle on ominaista varaus Ze, massa M, spin J, magneettinen ja sähköinen kvadrupolimomentti Q, tietty säde R, isotooppinen spin T ja koostuu nukleoneista - protoneista ja neutroneista. Kaikki atomiytimet on jaettu stabiileihin ja epävakaisiin. Stabiilien ytimien ominaisuudet pysyvät muuttumattomina loputtomiin. Epästabiilit ytimet käyvät läpi erilaisia ​​muunnoksia.

Radioaktiivisuuden eli ytimien spontaanin hajoamisen ilmiön löysi ranskalainen fyysikko A. Becquerel vuonna 1896. Hän havaitsi, että uraani ja sen yhdisteet lähettävät säteitä tai hiukkasia, jotka tunkeutuvat läpinäkymättömien kappaleiden läpi ja voivat valaista valokuvalevyä; Becquerel totesi, että säteilyn voimakkuus on verrannollinen vain uraanin pitoisuuteen, eikä se riipu ulkoisista olosuhteista (lämpötila, paine) eikä siitä, onko uraania kemiallisissa yhdisteissä.

Alfa hajoaminen

Ytimen sitoutumisenergia luonnehtii sen vastustuskykyä hajoamista vastaan ​​sen komponenttiosiin. Jos ytimen sitoutumisenergia on pienempi kuin sen hajoamistuotteiden sitoutumisenergia, tämä tarkoittaa, että ydin voi hajota spontaanisti. Alfahajoamisen aikana alfahiukkaset kuljettavat pois lähes kaiken energian, ja vain 2 % siitä menee toissijaiseen ytimeen. Alfahajoamisen aikana massaluku muuttuu 4 yksikköä ja atomiluku kahdella yksiköllä.

Alfahiukkasen alkuenergia on 4–10 MeV. Koska alfahiukkasilla on suuri massa ja varaus, niiden keskimääräinen vapaa reitti ilmassa on lyhyt. Esimerkiksi uraaniytimen emittoimien alfahiukkasten keskimääräinen vapaa reitti ilmassa on 2,7 cm ja radiumin emittoimien 3,3 cm.

Beta hajoaminen

Tämä on prosessi, jossa atomiydin muutetaan toiseksi ytimeksi atomiluvun muutoksella muuttamatta massalukua. Beeta-hajoamista on kolmea tyyppiä: elektroni, positroni ja orbitaalielektronin sieppaus atomiytimeen. Viimeistä hajoamistyyppiä kutsutaan myös TO-kaappaus, koska tässä tapauksessa ydintä lähinnä oleva elektroni absorboituu todennäköisimmin TO kuoret. Elektronien absorptio L Ja M kuoret ovat myös mahdollisia, mutta vähemmän todennäköisiä. B-aktiivisten ytimien puoliintumisaika vaihtelee hyvin laajalla alueella.

Beeta-aktiivisia ytimiä tunnetaan tällä hetkellä noin puolitoista tuhatta, mutta niistä vain 20 on luonnossa esiintyviä beetaradioaktiivisia isotooppeja. Kaikki muut saadaan keinotekoisesti.

Hajoamisen aikana emittoituneiden elektronien kineettisen energian jatkuva jakautuminen selittyy sillä, että elektronin ohella emittoituu myös antineutrino. Jos antineutriinoja ei olisi, elektroneilla olisi tiukasti määritelty liikemäärä, joka on yhtä suuri kuin jäännösytimen liikemäärä. Spektrin jyrkkä katkeaminen havaitaan kineettisellä energia-arvolla, joka on yhtä suuri kuin beeta-hajoamisenergia. Tässä tapauksessa ytimen ja antineutrinon kineettiset energiat ovat nolla ja elektroni kuljettaa pois kaiken reaktion aikana vapautuneen energian.

Elektronisen hajoamisen aikana jäännösytimen järjestysnumero on yhtä suurempi kuin alkuperäinen, samalla kun se säilyttää massaluvun. Tämä tarkoittaa, että jäännösytimessä protonien määrä kasvoi yhdellä ja neutronien määrä päinvastoin pieneni: N= A– (Z+1).

Gammahajoaminen

Stabiilit ytimet ovat tilassa, joka vastaa alinta energiaa. Tätä tilaa kutsutaan perustilaksi. Säteilyttämällä atomiytimiä erilaisilla hiukkasilla tai korkeaenergisilla protoneilla voidaan kuitenkin siirtää tietty energia niihin ja siten siirtyä korkeampaa energiaa vastaaviin tiloihin. Siirtyessään jonkin ajan kuluttua virittyneestä tilasta perustilaan atomiydin voi lähettää joko hiukkasen, jos viritysenergia on riittävän korkea, tai korkeaenergistä sähkömagneettista säteilyä - gamma-kvanttia. Koska virittynyt ydin on erillisissä energiatiloissa, gammasäteilylle on tunnusomaista viivaspektri.

Fissioreaktion merkittävä ja erittäin tärkeä ominaisuus on, että fissio tuottaa useita neutroneja. Tämä seikka mahdollistaa olosuhteiden luomisen ydinfission paikallaan pysyvän tai kehittyvän ketjureaktion ylläpitämiselle. Itse asiassa, jos fissioituvia ytimiä sisältävässä väliaineessa yksi neutroni aiheuttaa fissioreaktion, niin reaktiosta syntyvät neutronit voivat tietyllä todennäköisyydellä aiheuttaa ydinfissiota, joka voi sopivissa olosuhteissa johtaa hallitsemattoman fissioprosessin kehittymiseen.

Ydinreaktorit

Raskaiden ytimien fissiossa syntyy useita vapaita neutroneja. Tämä mahdollistaa ns. fissioketjureaktion järjestämisen, kun raskaita alkuaineita sisältävässä väliaineessa etenevät neutronit voivat aiheuttaa fissionsa, jolloin syntyy uusia vapaita neutroneja. Jos ympäristö on sellainen, että uusien neutronien määrä kasvaa, fissioprosessi lisääntyy kuin lumivyöry. Siinä tapauksessa, että neutronien määrä vähenee myöhempien fissioiden aikana, ydinketjureaktio hiipuu.

Kiinteän ydinketjureaktion aikaansaamiseksi on luonnollisesti tarpeen luoda olosuhteet, joissa jokainen ydin, joka absorboi neutronin fissiossa, vapauttaa keskimäärin yhden neutronin, joka menee kohti toisen raskaan ytimen fissiota.

Ydinreaktori on laite, jossa suoritetaan ja ylläpidetään tiettyjen raskaiden ytimien fission hallittua ketjureaktiota.

Ydinketjureaktio reaktorissa voi tapahtua vain tietyllä määrällä halkeavia ytimiä, jotka voivat fissoitua millä tahansa neutronienergialla. Halkeamiskelpoisista materiaaleista tärkein on 235U-isotooppi, jonka osuus luonnonuraanista on vain 0,714 %.

Vaikka 238U halkeaa neutroneilla, joiden energia ylittää 1,2 MeV, itseään ylläpitävä ketjureaktio luonnonuraanin nopeissa neutroneissa ei ole mahdollinen, koska 238U:n ytimien joustamaton vuorovaikutus nopeiden neutronien kanssa on suuri todennäköisyys. Tässä tapauksessa neutronien energia tulee alle 238U ytimien fissioenergian kynnyksen.

Moderaattorin käyttö johtaa resonanssiabsorption vähenemiseen 238U:ssa, koska neutroni voi kulkea resonanssien alueen läpi törmäysten seurauksena hidastinytimien kanssa ja absorboitua ytimiin 235U, 239Pu, 233U, fissiopoikkileikkaus joka kasvaa merkittävästi neutronienergian pienentyessä. Moderaattoreina käytetään materiaaleja, joilla on pieni massaluku ja pieni absorptiopoikkileikkaus (vesi, grafiitti, beryllium jne.).

SIVUNVAIHTO--

Fissioketjureaktion karakterisoimiseksi käytetään suuruutta, jota kutsutaan kertoimeksi TO. Tämä on tietyn sukupolven neutronien lukumäärän suhde edellisen sukupolven neutronien lukumäärään. Kiinteälle fissioketjureaktiolle TO=1. Jalostusjärjestelmä (reaktori), jossa TO=1:tä kutsutaan kriittiseksi. Jos TO>1, neutronien määrä järjestelmässä kasvaa, ja tässä tapauksessa sitä kutsutaan ylikriittiseksi. klo TO< 1 происходит уменьшение числа нейтронов и система называется подкритической. В стационарном состоянии реактора число вновь образующихся нейтронов равно числу нейтронов, покидающих реактор (нейтроны утечки) и поглощающихся в его пределах. В критическом реакторе присутствуют нейтроны всех энергий. Они образуют так называемый энергетический спектр нейтронов, который характеризует число нейтронов различных энергий в единице объема в любой точке реактора. Средняя энергия спектра нейтронов определяется долей замедлителя, делящихся ядер (ядра горючего) и других материалов, которые входят в состав активной зоны реактора. Если большая часть делений происходит при поглощении тепловых нейтронов, то такой реактор называется реактором на тепловых нейтронах. Энергия нейтронов в такой системе не превышает 0.2 эВ. Если большая часть делений в реакторе происходит при поглощении быстрых нейтронов, такой реактор называется реактором на быстрых нейтронах.

Termisen neutronireaktorin sydämessä on ydinpolttoaineen ohella merkittävä massa hidastavaa ainetta, jolle on tunnusomaista suuri sirontapoikkileikkaus ja pieni absorptiopoikkileikkaus.

Reaktorin aktiivista vyöhykettä ympäröi lähes aina erikoisreaktoreita lukuun ottamatta heijastin, joka palauttaa osan hermosoluista aktiiviselle vyöhykkeelle moninkertaisen sironnan seurauksena. Nopeissa neuronireaktoreissa aktiivista vyöhykettä ympäröivät lisääntymisvyöhykkeet. Ne keräävät halkeavia isotooppeja. Lisäksi toistoalueet toimivat myös heijastimena. Ydinreaktorissa kertyy fissiotuotteita, joita kutsutaan kuonaksi. Kuonan läsnäolo johtaa vapaiden neutronien lisähävikkiin.

Ydinreaktorit jaetaan polttoaineen ja hidastimen suhteellisesta sijainnista riippuen homogeenisiin ja heterogeenisiin. Homogeenisessa reaktorissa sydän on polttoaineen, hidastimen ja jäähdytysaineen homogeeninen massa liuoksen, seoksen tai sulatteen muodossa. Reaktoria, jossa polttoainelohkojen tai polttoainenippujen muodossa oleva polttoaine sijoitetaan hidastimeen muodostaen siihen säännöllisen geometrisen hilan, kutsutaan heterogeeniseksi.

Ydinreaktorin ominaisuudet lämmönlähteenä

Reaktorin käytön aikana lämpöä vapautuu vaihtelevissa määrin polttoaine-elementeissä (polttoainesauvoissa) sekä kaikissa sen rakenneosissa. Tämä johtuu ennen kaikkea fissiofragmenttien hidastumisesta, niiden beeta- ja gammasäteilystä sekä ytimistä, jotka ovat vuorovaikutuksessa neutronien kanssa, ja lopuksi nopeiden neutronien hidastumisesta. Polttoaineytimen fissiosta syntyneet fragmentit luokitellaan satojen miljardien asteiden lämpötiloja vastaavien nopeuksien mukaan.

Todellakin, E = m u 2= ​​​​3RT, jossa E – fragmenttien kineettinen energia, MeV; R = 1,38·10-23 J/K – Boltzmannin vakio. Ottaen huomioon, että 1 MeV = 1,6 10-13 J, saadaan 1,6 10-6 E = 2,07 10-16 T, T = 7,7 109E. Todennäköisimmät energia-arvot fissiofragmenteille ovat 97 MeV kevyelle ja 65 MeV raskaalle. Tällöin vastaava lämpötila kevyelle palalle on 7,5 1011 K, raskaalle 5 1011 K. Vaikka ydinreaktorissa saavutettavissa oleva lämpötila on teoriassa lähes rajaton, käytännössä rajoitukset määräytyvät rakennemateriaalien ja polttoaineen suurimman sallitun lämpötilan mukaan. elementtejä.

Ydinreaktorin erikoisuus on, että 94 % fissioenergiasta muuttuu lämmöksi välittömästi, ts. aikana, jonka aikana reaktorin teho tai siinä olevien materiaalien tiheys ei ehdi muuttua merkittävästi. Siksi reaktorin tehon muuttuessa lämmön vapautuminen seuraa polttoaineen fissioprosessia viipymättä. Kuitenkin, kun reaktori sammutetaan, kun fissionopeus laskee yli kymmeniä kertoja, siihen jää viivästyneen lämmön vapautumisen lähteitä (fissiotuotteiden gamma- ja beetasäteily), jotka tulevat vallitseviksi.

Ydinreaktorin teho on verrannollinen siinä olevien hermosolujen vuotiheyteen, joten mikä tahansa teho on teoriassa saavutettavissa. Käytännössä maksimiteho määräytyy reaktorissa vapautuvan lämmönpoistonopeuden mukaan. Ominaislämmönpoisto nykyaikaisissa voimareaktoreissa on 102 – 103 MW/m3, pyörrereaktoreissa – 104 – 105 MW/m3.

Lämpö poistetaan reaktorista sen läpi kiertävän jäähdytysaineen avulla. Reaktorille on tunnusomaista fissioreaktion pysähtymisen jälkeen tapahtuva jäännöslämmön vapautuminen, joka vaatii lämmön poistoa vielä pitkään reaktorin sammuttamisen jälkeen. Vaikka jälkilämpöteho on huomattavasti pienempi kuin nimellisteho, tulee jäähdytysaineen kierto reaktorin läpi varmistaa erittäin luotettavasti, koska jälkilämpöä ei voida hallita. Jäähdytysnesteen poistaminen jonkin aikaa toimineesta reaktorista on ehdottomasti kielletty ylikuumenemisen ja polttoaine-elementtien vaurioitumisen välttämiseksi.

Tehoydinreaktorien suunnittelu

Ydinvoimareaktori on laite, jossa suoritetaan raskaiden alkuaineiden ytimien halkeamisohjattu ketjureaktio, jonka aikana vapautuva lämpöenergia poistetaan jäähdytysnesteellä. Ydinreaktorin pääelementti on ydin. Siinä on ydinpolttoainetta ja se suorittaa fissioketjureaktion. Ydin on joukko polttoaine-elementtejä, jotka sisältävät tietyllä tavalla sijoitettua ydinpolttoainetta. Termiset neutronireaktorit käyttävät hidastajaa. Jäähdytysnestettä pumpataan sydämen läpi jäähdyttämään polttoaine-elementtejä. Joissakin reaktorityypeissä hidastimen ja jäähdytysaineen roolia suorittaa sama aine, esimerkiksi tavallinen tai raskas vesi.

Reaktorin toiminnan ohjaamiseksi ytimeen viedään säätösauvoja, jotka on valmistettu materiaaleista, joilla on suuri neutroniabsorptiopoikkileikkaus. Voimareaktorien sydäntä ympäröi neutroniheijastin - hidastinmateriaalikerros, joka vähentää neutronien vuotamista sydämestä. Lisäksi heijastimen ansiosta neutronitiheys ja energian vapautuminen tasataan koko sydämen tilavuudessa, mikä mahdollistaa suuremman tehon saamisen tietylle vyöhykekoolle, saavuttaa tasaisemman polttoaineen palamisen, pidentää reaktorin käyttöaikaa. polttoainetta ylikuormittamatta ja yksinkertaistaa lämmönpoistojärjestelmää. Heijastin lämpenee hidastuvien ja absorboituneiden neutronien ja gamma-kvanttien energialla, joten sen jäähdytys saadaan aikaan. Ydin, heijastin ja muut elementit sijoitetaan tiiviiseen koteloon tai koteloon, jota yleensä ympäröi biologinen suoja.

Reaktorin luokitus

Reaktorit luokitellaan fissioreaktioon osallistuvien neutronien energiatason, polttoaineen ja hidastimen sijoitusperiaatteen, käyttötarkoituksen, hidastimen ja jäähdytysaineen tyypin sekä fysikaalisen tilan mukaan.

Energeettisten neutronien tason mukaan: reaktorit voivat toimia nopeilla neutroneilla, lämpö- ja keskienergioiden (resonanssi) neutroneilla ja jaetaan tämän mukaisesti lämpö-, nopeiden ja välineutronien rektoreihin (joskus lyhyyden vuoksi ne ovat kutsutaan termiseksi, nopeaksi ja keskitasoiseksi).

SISÄÄN lämpöneutronireaktori Suurin osa ydinfissiosta tapahtuu, kun halkeavien isotooppien ytimet absorboivat lämpöneutroneja. Nopeiksi neutronireaktoreiksi kutsutaan reaktoreita, joissa ydinfissio tapahtuu pääasiassa neutroneilla, joiden energia on suurempi kuin 0,5 MeV. Reaktoreita, joissa suurin osa fissioista tapahtuu fissioituvien isotooppien ytimien välineutronien absorption seurauksena, kutsutaan väli (resonanssi) neutronireaktoreiksi.

Tällä hetkellä lämpöneutronireaktorit ovat yleisimpiä. Termisille reaktoreille on tunnusomaista 235U:n ydinpolttoaineen pitoisuudet sydämessä 1 - 100 kg/m3 ja suuret hidastinmassat. Nopealle neutronireaktorille on tunnusomaista 235U tai 239U ydinpolttoaineen pitoisuudet luokkaa 1000 kg/m3 ja hidastimen puuttuminen sydämessä.

Keskikokoisissa neutronireaktoreissa ytimessä on hyvin vähän hidastajaa ja 235U ydinpolttoaineen pitoisuus siinä on 100-1000 kg/m3.

Termisissä neutronireaktoreissa polttoaineytimien fissiota tapahtuu myös, kun ydin sieppaa nopeita neutroneja, mutta tämän prosessin todennäköisyys on merkityksetön (1 - 3 %). Neutronimoderaattorin tarve johtuu siitä, että polttoaineytimien efektiiviset fissiopoikkileikkaukset ovat paljon suuremmat pienillä neutronienergioilla kuin suurilla.

Termisen reaktorin sydämessä on oltava hidastin - ainetta, jonka ytimien massaluku on pieni. Moderaattorina käytetään grafiittia, raskasta tai kevyttä vettä, berylliumia ja orgaanisia nesteitä. Lämpöreaktori voi toimia jopa luonnonuraanilla, jos hidastimena on raskas vesi tai grafiitti. Muut moderaattorit vaativat rikastetun uraanin käyttöä. Reaktorin tarvittavat kriittiset mitat riippuvat polttoaineen rikastusasteesta, rikastusasteen kasvaessa ne pienenevät. Termisten neutronireaktorien merkittävä haittapuoli on hitaiden neutronien häviäminen, koska hidastin, jäähdytysaine, rakennemateriaalit ja fissiotuotteet sieppaavat niitä. Siksi tällaisissa reaktoreissa on tarpeen käyttää aineita, joilla on pieni poikkileikkaus hitaan neutronien sieppaamiseen hidastajana, jäähdytysaineena ja rakennemateriaaleina.

SISÄÄN välivaiheen neutronireaktorit, jossa useimmat fissiotapahtumat johtuvat neutroneista, joiden energia on yli termisen (1 eV - 100 keV), hidastimen massa on pienempi kuin lämpöreaktoreissa. Tällaisen reaktorin toiminnan erityispiirre on, että polttoaineen fissiopoikkileikkaus neutronifission lisääntyessä välialueella pienenee vähemmän kuin rakennemateriaalien ja fissiotuotteiden absorptiopoikkileikkaus. Näin ollen fissiotapahtumien todennäköisyys kasvaa verrattuna absorptiotapahtumiin. Vaatimukset rakennemateriaalien neutroniominaisuuksille ovat vähemmän tiukat ja niiden alue on laajempi. Näin ollen välineutronireaktorin sydän voidaan valmistaa kestävämmistä materiaaleista, mikä mahdollistaa ominaislämmönpoiston lisäämisen reaktorin lämmityspinnalta. Polttoaineen rikastuminen halkeavalla isotoopilla välireaktoreissa pitäisi poikkileikkauksen pienenemisen vuoksi olla suurempi kuin lämpöreaktoreissa. Ydinpolttoaineen lisääntyminen välineutronireaktoreissa on suurempi kuin termisessä neutronireaktorissa.

Välireaktoreissa jäähdytysaineina käytetään aineita, jotka hillitsevät neutroneja heikosti. Esimerkiksi nestemäiset metallit. Moderaattori on grafiitti, beryllium jne.

Nopean neutronireaktorin sydän sisältää polttoainesauvoja, joissa on erittäin rikastettua polttoainetta. Ydintä ympäröi lisääntymisvyöhyke, joka koostuu polttoaine-elementeistä, jotka sisältävät polttoaineen raaka-aineita (köyhdytetty uraani, torium). Polttoaineraaka-aineiden ytimet sieppaavat ytimestä karkaavat neutronit lisääntymisvyöhykkeellä, jolloin syntyy uutta ydinpolttoainetta. Nopeiden reaktoreiden erityinen etu on mahdollisuus järjestää niissä laajennettu ydinpolttoaineen tuotanto, ts. samanaikaisesti energiantuotannon kanssa tuottaa uutta ydinpolttoainetta palaneen ydinpolttoaineen sijaan. Nopeat reaktorit eivät vaadi moderaattoria, eikä jäähdytysnesteen tarvitse hidastaa neutroneja.

Jatkoa
--SIVUNVAIHTO--

Riippuen menetelmästä, jolla polttoaine sijoitetaan sydämeen, reaktorit jaetaan homogeenisiin ja heterogeenisiin.

SISÄÄN homogeeninen reaktori ydinpolttoaine, jäähdytysneste ja hidastin (jos sellainen on) sekoitetaan perusteellisesti ja ovat samassa fysikaalisessa tilassa, ts. Täysin homogeenisen reaktorin sydän on nestemäinen, kiinteä tai kaasumainen homogeeninen seos ydinpolttoainetta, jäähdytysainetta tai hidastimena. Homogeeniset reaktorit voivat olla joko lämpö- tai nopeita neutroneja. Tällaisessa reaktorissa koko aktiivinen vyöhyke sijaitsee teräksisen pallomaisen kappaleen sisällä ja edustaa nestemäistä homogeenista seosta polttoaineesta ja hidastimesta liuoksen tai nestemäisen seoksen muodossa (esim. uranyylisulfaatin liuos vedessä, liuos uraani nestemäisessä vismutissa), joka toimii samanaikaisesti jäähdytysaineena.

Ydinfissioreaktio tapahtuu polttoaineliuoksessa pallomaisen reaktoriastian sisällä, mikä johtaa liuoksen lämpötilan nousuun. Reaktorista palava liuos menee lämmönvaihtimeen, jossa se siirtää lämpöä toisiopiirin veteen, jäähdytetään ja lähetetään takaisin reaktoriin kiertopumpulla. Sen varmistamiseksi, että ydinreaktiota ei tapahdu reaktorin ulkopuolella, piiriputkien, lämmönvaihtimen ja pumpun tilavuudet valitaan siten, että piirin jokaisessa osassa olevan polttoaineen tilavuus on paljon pienempi kuin kriittinen. Homogeenisilla reaktoreilla on useita etuja heterogeenisiin verrattuna. Tämä on yksinkertainen rakenne sydämestä ja sen minimaalisista mitoista, kyky jatkuvasti poistaa fissiotuotteita ja lisätä tuoretta ydinpolttoainetta käytön aikana pysäyttämättä reaktoria, polttoaineen valmistuksen helppous ja myös se, että reaktoria voidaan ohjata muuttamalla ydinpolttoaineen pitoisuus.

Homogeenisilla reaktoreilla on kuitenkin myös vakavia haittoja. Piirin läpi kiertävä homogeeninen seos lähettää voimakasta radioaktiivista säteilyä, joka vaatii lisäsuojaa ja vaikeuttaa reaktorin ohjausta. Vain osa polttoaineesta on reaktorissa ja käytetään energian tuottamiseen, kun taas toinen osa on ulkoisissa putkissa, lämmönvaihtimissa ja pumpuissa. Kierrättävä seos aiheuttaa vakavaa korroosiota ja eroosiota reaktori- ja piirijärjestelmissä ja laitteissa. Räjähtävän räjähdysaineseoksen muodostuminen homogeeniseen reaktoriin veden radiolyysin seurauksena vaatii laitteita sen jälkipolttamiseen. Kaikki tämä johti siihen, että homogeenisia reaktoreita ei käytetä laajasti.

SISÄÄN heterogeeninen reaktori polttoaine lohkojen muodossa asetetaan moderaattoriin, ts. polttoaine ja moderaattori on erotettu toisistaan.

Tällä hetkellä vain heterogeeniset reaktorit on suunniteltu energiatarkoituksiin. Ydinpolttoainetta tällaisessa reaktorissa voidaan käyttää kaasumaisessa, nestemäisessä ja kiinteässä tilassa. Nykyään heterogeeniset reaktorit toimivat kuitenkin vain kiinteällä polttoaineella.

Hidastavasta aineesta riippuen heterogeeniset reaktorit jaetaan grafiittiin, kevyeen veteen, raskaaseen veteen ja orgaaniseen. Jäähdytysnesteen tyypin mukaan heterogeeniset reaktorit ovat kevytvesi, raskas vesi, kaasu ja nestemäinen metalli. Nestemäiset jäähdytysaineet reaktorin sisällä voivat olla yksivaiheisia ja kaksivaiheisia. Ensimmäisessä tapauksessa reaktorin sisällä oleva jäähdytysneste ei kiehu, mutta toisessa kiehuu.

Reaktoreita, joiden sydämessä nestemäisen jäähdytysaineen lämpötila on alle kiehumispisteen, kutsutaan painevesireaktoreiksi, ja reaktoreita, joissa jäähdytysaine kiehuu sisällä, kutsutaan kiehumisvesireaktoreiksi.

Käytetystä hidastimesta ja jäähdytysnesteestä riippuen heterogeeniset reaktorit suunnitellaan eri mallien mukaan. Venäjällä ydinvoimareaktorien päätyypit ovat vesijäähdytteisiä ja vesigrafiittisia.

Suunnittelunsa perusteella reaktorit jaetaan astia- ja kanavareaktoreihin. SISÄÄN alusreaktorit jäähdytysnesteen paine kulkee kotelon kautta. Reaktoriastian sisällä virtaa yhteinen jäähdytysainevirtaus. SISÄÄN kanavareaktorit Jäähdytysneste syötetään jokaiseen kanavaan polttoainenippujen kanssa erikseen. Reaktoriastiaa ei kuormiteta jäähdytyspaineella, vaan jokainen yksittäinen kanava kantaa tämän paineen.

Ydinreaktorit voivat käyttötarkoituksestaan ​​riippuen olla voimareaktoreita, muuntajia ja jalostajia, tutkimus- ja monikäyttöisiä, liikenne- ja teollisuusreaktoreita.

Ydinvoimareaktorit käytetään sähkön tuottamiseen ydinvoimalaitoksissa, laivavoimalaitoksissa, yhdistetyissä lämmön ja sähkön laitoksissa (CHP) sekä ydinlämmönjakelulaitoksissa (HT).

Reaktoreita, jotka on suunniteltu tuottamaan sekundaarista ydinpolttoainetta luonnonuraanista ja toriumista, kutsutaan nimellä muuntimet tai kasvattajat. Konvertterireaktorissa toissijainen ydinpolttoaine tuottaa vähemmän kuin mitä alun perin kulutettiin. Jalostusreaktorissa suoritetaan ydinpolttoaineen laajennettu lisääntyminen, ts. se osoittautuu enemmän kuin kulutettiin.

Tutkimusreaktorit palvelevat neutronien ja aineen vuorovaikutusprosessien tutkimista, reaktorimateriaalien käyttäytymisen tutkimista voimakkailla neutroni- ja gammasäteilykentillä, radiokemiallista ja biologista tutkimusta, isotooppien tuotantoa, ydinreaktorien fysiikan kokeellista tutkimusta. Reaktoreissa on eri tehot, kiinteät tai pulssikäyttötilat. Yleisimpiä ovat painevesitutkimusreaktorit, joissa käytetään rikastettua uraania. Tutkimusreaktorien lämpöteho vaihtelee laajalla alueella ja yltää useisiin tuhansiin kilowatteihin.

Monikäyttöinen Reaktoreita, jotka palvelevat useita tarkoituksia, kuten energian ja ydinpolttoaineen tuotantoa, kutsutaan reaktoreiksi.

Ydinenergia: plussat ja miinukset

Nykyajan sivilisaatiota ei voida ajatella ilman sähköenergiaa. Sähkön tuotanto ja käyttö lisääntyvät vuosi vuodelta, mutta tulevaisuuden energianälänhätä häämöttää jo ihmiskunnan edessä fossiilisten polttoaineiden esiintymien ehtymisen ja lisääntyvien sähkönhankinnan ympäristöhäviöiden vuoksi.
Ydinreaktioissa vapautuva energia on miljoonia kertoja suurempi kuin tavanomaisten kemiallisten reaktioiden (esimerkiksi palamisreaktioiden) tuottama energia, joten ydinpolttoaineen lämpöarvo on mittaamattoman suurempi kuin tavanomaisen polttoaineen. Ydinpolttoaineen käyttö sähkön tuottamiseen on erittäin houkutteleva ajatus.
Ydinvoimalaitosten (NPP) edut lämpövoimaloihin (CHP) ja vesivoimaloihin (HPP) verrattuna ovat ilmeiset: ei synny jätettä, ei kaasupäästöjä, ei tarvitse tehdä suuria rakennusmääriä, rakentaa patoja ja haudata hedelmälliset maat altaiden pohjalle. Ehkä ainoat ydinvoimaloita ympäristöystävällisempiä ovat aurinko- tai tuulienergiaa käyttävät voimalaitokset. Mutta sekä tuuliturbiinit että aurinkovoimalat ovat edelleen vähätehoisia eivätkä pysty vastaamaan ihmisten halvan sähkön tarpeisiin - ja tämä tarve kasvaa yhä nopeammin. Ja silti ydinvoimaloiden rakentamisen ja käytön kannattavuus kyseenalaistetaan usein radioaktiivisten aineiden ympäristölle ja ihmisille haitallisten vaikutusten vuoksi.

Maailman kokemus ja ydinenergian kehittämisen näkymät

IAEA:n mukaan tällä hetkellä yli 18 % maailman sähköstä tuotetaan ydinreaktoreissa, jotka eivät myöskään saastuta ilmakehää, toisin kuin fossiilisilla polttoaineilla toimivat voimalaitokset. Ydinenergian kiistaton etu on sen hinta, joka on alhaisempi kuin useimpien muiden voimalaitostyyppien. Eri arvioiden mukaan maailmassa on noin 440 ydinreaktoria, joiden kokonaiskapasiteetti on yli 365 tuhatta MW ja jotka sijaitsevat yli 30 maassa. Tällä hetkellä rakennetaan 29 reaktoria, joiden kokonaiskapasiteetti on noin 25 tuhatta MW, 12 maahan.

IAEA:n asiantuntijoiden mukaan vuoteen 2030 mennessä maailman energiantarve kasvaa vähintään 50–60 prosenttia. Energian kulutuksen kasvun myötä helpoimmin saatavilla olevat ja kätevimmät orgaaniset energian kantajat - kaasu ja öljy - vähenevät katastrofaalisen nopeasti. Valtionpäämiehen hallinnon alaisen tieto- ja analyyttisen keskuksen toteaman ennustelaskelman mukaan niiden varannon käyttöikä on 50–100 vuotta. Energiavarojen kasvava kysyntä johtaa väistämättä niiden asteittaiseen hintojen nousuun.

Ydinenergia on yksi maailman tärkeimmistä energianlähteistä. Saman Kansainvälisen atomienergiajärjestön mukaan vain vuosina 2000–2005. 30 uutta reaktoria otettiin käyttöön. Tärkeimmät tuotantokapasiteetit ovat keskittyneet Länsi-Eurooppaan ja Yhdysvaltoihin.

Venäjän federaation hallituksen 28. elokuuta 2003 annetulla asetuksella nro 1234-r hyväksytyssä Venäjän energiastrategiassa vuoteen 2020 asti vahvistetaan tavoitteet, tavoitteet, pääsuunnat ja parametrit polttoaine- ja energiataseen kehittämiselle. , jolla pyritään voittamaan maakaasun taipumus hallita kotimaisia ​​energiamarkkinoita pienentämällä sen osuutta polttoaineiden ja energiavarojen kokonaiskulutuksesta, erityisesti johtuen sähköntuotannon lisääntymisestä ydin- ja vesivoimalaitoksissa (10,8:sta 12:een). %).

Polttoaine- ja energiatasapainon optimoinnin seurauksena tuotantokapasiteetin alueelliselle sijoitukselle on asetettu prioriteetteja: Venäjän eurooppalaisessa osassa sähkövoimateollisuutta kannattaa kehittää olemassa olevan lämpövoiman teknisellä uudelleen laitteistolla. laitokset, kombivoimalaitosten perustaminen ja ydinvoimalaitosten maksimaalinen kehittäminen, mikä kattaa suurelta osin alueen lisääntyneet sähköntarpeet.

Talouskehityksen optimistisessa skenaariossa Ydinvoimalaitoksen energiantuotannon pitäisi kasvaa 200 miljardiin kWh:iin vuonna 2010 (1,4 kertaa) ja 300 miljardiin kWh:iin vuonna 2020 (2 kertaa). Lisäksi on tarkoitus kehittää lämpöenergian tuotantoa ydinenergialähteistä 30 miljoonaan Gcal vuodessa.

Maltillinen versio taloudellisesta kehityksestä Ydinvoimalaitosten sähköntuotannon tarve voi nousta 230 miljardiin kWh:iin vuonna 2020. Mahdollisuus nostaa ydinvoimalaitosten energiantuotanto 270 miljardiin kWh:iin liittyy ydinvoimaloiden - pumppuvoimaloiden - perustamiseen, lämpöenergian tuotannon ja kulutuksen lisäämiseen alueilla, joilla olemassa olevat ja uudet ydinvoimalat sekä ydinvoimalat sijaitsevat (jopa 30 miljoonaa Gcal vuodessa), samoin kuin kaasupumppuasemien pääputkien siirto sähkökäyttöön ydinvoimaloista, energiaintensiivisten teollisuudenalojen (alumiini, nestekaasu, synteettinen nestemäinen polttoaine) kehitys , jne.).

Venäjän Euroopan osan ydinvoimalaitosten sähköntuotannon osuus nousee 32 prosenttiin vuoteen 2020 mennessä.

Sähköntuotannon kasvuvauhti Venäjällä yli 2 % vuodessa, ydinenergian tehtävänä on varmistaa vuotuinen energiantuotannon lisäys yli 4 % ja sähköntuotannon kasvu 8 miljardiin kWh:iin ja lämmöntuotantoon. 1,5 miljoonaan Gcal vuodessa.

Venäjän ydinenergiakompleksilla on potentiaalia dynaamiseen kehitykseen Venäjän energiastrategiassa vuoteen 2020 saakka asetettujen parametrien mukaisesti.

Neuvostoliiton valtiosuunnittelu 1980-luvun 80-luvulla määritteli 2000-luvun alkuun mennessä ydinvoimaloiden perustamisen Venäjälle 50 GW:iin asti kasvunopeudella 2 GW vuodessa ja lämmöntuotannon jopa 40 miljoonaan. Gcal vuodessa. Lisäksi suunniteltiin ydinvoimalaitos-varastopumppuvoimaloiden (jopa 10 GW huipputeho) rakentaminen. Itse asiassa noin puolet suunnitellusta ydinvoimalaitoskapasiteetista on otettu käyttöön (toteutunut kasvuvauhti on jopa 1 GW vuodessa). Tällä hetkellä yli kaksi tusinaa ydinvoimayksikköä, joiden kokonaiskapasiteetti on noin 20 GW, on keskeneräisen rakentamisen eri vaiheissa (investoinnit ovat yli 2,5 miljardia dollaria eli noin 15 % näiden kapasiteettien rakentamisen kokonaispääomakustannuksista).

Ennakoitujen sähkön ja lämmön kulutuksen tasojen varmistamiseksi maksimikysynnän skenaariossa on tarpeen ottaa käyttöön jopa 6 GW:n ydinvoimalaitosten tuotantokapasiteetti kuluvalla vuosikymmenellä (Kalininin ydinvoimalaitoksen voimayksikkö 3, Kurskin voimalaitos 5 Ydinvoimalaitos, Volgodonskin ydinvoimalaitoksen voimayksikkö 2, Balakovon ydinvoimalaitoksen voimayksiköt 5 ja 6, Belojarskin ydinvoimalaitoksen voimayksikkö 4) ja vähintään 15 GW vuoteen 2020 asti (ottaen huomioon ensimmäisen sukupolven voimayksiköiden uusinta - 5,7 GW ), sekä jopa 2 GW ydinvoimaloita. Tämän seurauksena Venäjän ydinvoimaloiden asennetun kokonaiskapasiteetin pitäisi nousta 40 GW:iin keskimääräisellä kapasiteettikertoimella noin 85 % (johtavien kehittyneen ydinenergian maiden taso).

Jatkoa
--SIVUNVAIHTO--

Tämän mukaisesti ydinenergian kehittämisen päätavoitteet ovat:

Nykyisten ydinvoimalaitosten voimayksiköiden modernisointi ja käyttöiän pidentäminen 10–20 vuodella;

Ydinvoimalaitosten energiantuotannon ja energiankäytön tehostaminen;

Ydinvoimalaitosten radioaktiivisen jätteen käsittelyyn tarkoitettujen kompleksien ja säteilytetyn ydinpolttoaineen käsittelyjärjestelmän luominen;

Eläkkeellä olevien ensimmäisen sukupolven voimayksiköiden uudelleentuotanto, mukaan lukien kunnostaminen niiden pidennetyn käyttöiän päätyttyä (varantojen luomisen ajoissa);

Laajentunut tuotantokapasiteetti (keskimääräinen kasvuvauhti - noin 1 GW vuodessa) ja rakennusvarannot tuleville kausille;

Lupaavien reaktoriteknologioiden (BN-800, VVER-1500, ATPP jne.) hallinta ja vastaavan polttoainepohjan kehittäminen.

Näiden ongelmien ratkaiseminen edellyttää rakennus- ja asennuskompleksin sekä ydinvoimatekniikan kehittämistä (kapasiteetin käyttöönottoasteen nostamiseksi 0,2:sta 1,5 GW:iin vuodessa) sekä henkilöresurssien lisäämistä.

Tärkeimmät tekijät ydinenergian kehittämisessä ovat ydinvoimalaitosten energiantuotannon tehostaminen alentamalla tuotannon yksikkökustannuksia (sisäiset reservit) ja laajentamalla ydinvoimalaitosten energian myyntimarkkinoita (ulkoinen potentiaali).

TO ydinvoimaloiden sisäisiä varantoja(noin 20 % energiantuotannosta) sisältävät:

NIUM:n nostaminen 85 %:iin kasvuvauhdilla keskimäärin jopa 2 % vuodessa johtuen lyhyemmästä korjausajasta ja pidentyneestä läpimenoajasta, pidentäen polttoainesyklejä, vähentämällä laitevikojen määrää sen modernisoinnin ja remontin aikana, mikä varmistaa ylimääräinen sähköntuotanto toimivissa ydinvoimalaitoksissa noin 20 miljardia kWh vuodessa (vastaa enintään 3 GW:n asennetun kapasiteetin käyttöönottoa erityisillä pääomakustannuksilla enintään 150 dollaria/kW);

Tehoyksiköiden tehokkuuden lisääminen parantamalla toimintaominaisuuksia ja toimintatapoja yli 7 miljardin kWh:n vuotuisen lisätuotannon avulla olemassa olevissa ydinvoimalaitoksissa (vastaa 1 GW:n tehon käyttöönottoa noin 200 dollarin/kW erityisillä pääomakustannuksilla);

Pienemmät tuotantokustannukset, mukaan lukien vähentämällä energiankulutusta omiin tarpeisiin (noin 6 %:n suunnitteluarvoihin) ja vähentämällä henkilöstön ominaismäärää.

Ulkoinen potentiaali– olemassa olevien markkinoiden laajentaminen ja uusien markkinoiden luominen ydinvoimalaitosten energian ja sähkön käytölle (yli 20 % energiantuotannosta):

Lämpöenergian tuotannon ja lämmönhuollon kehittäminen (mukaan lukien ydinvoimaloiden perustaminen), sähkölämmön kerääminen suurten kaupunkien lämmöntoimitukseen, huonolaatuisen hukkalämmön käyttö;

Kaasunsiirtojärjestelmien, joiden kokonaiskapasiteetti on yli 3 GW, kompressoriasemien muuntaminen ydinvoimalaitosten sähkökäyttöön, mikä varmistaa yli 7 miljardin m3:n kaasusäästöt vuodessa;

Osallistuminen päivittäisen kuormitusaikataulun epätasaisuuden kattamiseen luomalla ydinvoimalaitosten energiakomplekseja - pumppuvoimalaitokset - huipputeho 5 GW asti;

Alumiinin, nestekaasun, synteettisen nestemäisen polttoaineen ja vedyn energiaintensiivisen tuotannon kehittäminen ydinvoimaloilla.

Ydinenergian kehittämisen suunnitellut parametrit määräävät ydinvoimalaitosten sähköntuotannon tariffien maltillisen korotuksen 2,4 senttiin 1 kWh:lta vuoteen 2015 mennessä. TPP-tariffin käyttökomponentin (n. 3 senttiä/(kWh) – pääosin polttoainekustannukset) ennustetaan olevan korkeampi kuin ydinvoimalaitosten tariffi. Ydinvoimalaitosten keskimääräinen kilpailukykymarginaali on yli 1,5 senttiä/(kWh) eli noin 30 %. Arvioiden mukaan ydinenergian maksimaalinen kehittäminen vuoteen 2020 mennessä varmistaa myyntitariffin vakautumisen kuluttajille ja estää sen nousun 10 prosenttiin ydinvoimalaitoskehityksen keskeytyessä.

Vakiintuneiden parametrien saavuttaminen ydinenergian strategiselle kehittämiselle Venäjällä edellyttää:

Mahdollisuudet ydinvoimalaitosten tehokkuuden maksimoimiseen, ydinvoimalaitosten uusimiseen (kunnostukseen) ja kehittämiseen;

Pitkän aikavälin investointipolitiikka valtion ydinenergiasektorilla;

Tehokkaat lähteet ja mekanismit riittäviin ja oikea-aikaisiin investointeihin.

Venäjän ydinenergian tulevan kehittämisen mahdolliset mahdollisuudet, perusperiaatteet ja suunnat polttoainekannan kapasiteetti huomioon ottaen määrää Venäjän ydinenergian kehittämisstrategia 2000-luvun ensimmäisellä puoliskolla, hyväksytty Venäjän federaation hallitus vuonna 2000.

Tutkitut ja mahdolliset luonnonuraanivarat, kertyneet uraanin ja plutoniumin varastot, olemassa olevat taloudellisesti järkevällä investoinnilla sekä vienti-tuontipolitiikka takaavat ydinenergian maksimaalisen kehityksen vuoteen 2030 saakka käyttämällä pääasiassa VVER-tyyppisiä avoimen ydinpolttoainekierron reaktoreita. .

Ydinenergian pitkän aikavälin kehityksen näkymät liittyvät todelliseen mahdollisuuteen uusiutua ja regeneroida ydinpolttoaineresurssit menettämättä ydinenergian kilpailukykyä ja turvallisuutta. Teollisuuden teknologiapolitiikka mahdollistaa uusien neljännen sukupolven ydinenergiateknologioiden evolutiivisen käyttöönoton vuosina 2010–2030 suljetun ydinpolttoainekierron nopeissa reaktoreissa ja uraani-plutoniumpolttoaineessa, mikä poistaa polttoaineraaka-aineita koskevat rajoitukset lähitulevaisuudessa.

Ydinenergian kehittäminen optimoi polttoaine- ja energiaresurssien tasapainon, hillitsee sähkö- ja lämpöenergian kustannusten nousua kuluttajille ja edistää myös tehokasta talouskasvua ja BKT:n kasvua, mikä lisää teknologista potentiaalia pitkän aikavälin energiakehitykseen perustuen. turvallisia ja kustannustehokkaita ydinvoimaloita.

Ekologia

Vaikka ydinvoimalaitos toimisi täydellisesti ja ilman pienintäkään vikaa, sen toiminta johtaa väistämättä radioaktiivisten aineiden kertymiseen. Siksi ihmisten on ratkaistava erittäin vakava ongelma, jonka nimi on turvallinen jätteen varastointi.

Minkä tahansa teollisuuden jätteet, joilla on valtava energiantuotanto, erilaisia ​​tuotteita ja materiaaleja, muodostavat valtavan ongelman. Ympäristön ja ilman saastuminen monilla planeettamme alueilla aiheuttaa huolta ja huolta. Puhumme mahdollisuudesta säilyttää kasvisto ja eläimistö ei alkuperäisessä muodossaan, vaan ainakin ympäristön vähimmäisstandardien rajoissa.

Radioaktiivista jätettä syntyy lähes kaikissa ydinsyklin vaiheissa. Ne kerääntyvät nestemäisten, kiinteiden ja kaasumaisten aineiden muodossa, joiden aktiivisuus ja pitoisuus vaihtelevat. Suurin osa jätteistä on matala-aktiivista: reaktorikaasujen ja pintojen puhdistukseen käytetty vesi, käsineet ja kengät, saastuneet työkalut ja palaneet hehkulamput radioaktiivisista huoneista, käytetyt laitteet, pöly, kaasusuodattimet ja paljon muuta.

Kaasut ja saastunut vesi johdetaan erityisten suodattimien läpi, kunnes ne saavuttavat ilmakehän ilman ja juomaveden puhtauden. Radioaktiivisiksi muuttuneet suodattimet kierrätetään kiinteän jätteen mukana. Ne sekoitetaan sementin kanssa ja muutetaan lohkoiksi tai kaadetaan terässäiliöihin kuuman bitumin kanssa.

Pitkäaikaiseen varastointiin vaikeinta valmistautua on korkea-aktiivinen jäte. On parasta muuttaa tällainen "roska" lasiksi ja keramiikaksi. Tätä varten jäte kalsinoidaan ja sulatetaan aineilla, jotka muodostavat lasikeraamisen massan. On laskettu, että kestää vähintään 100 vuotta liuottaa 1 mm tällaisen massan pintakerrosta veteen.

Toisin kuin monet kemialliset jätteet, radioaktiivisen jätteen vaarat vähenevät ajan myötä. Useimpien radioaktiivisten isotooppien puoliintumisaika on noin 30 vuotta, joten 300 vuodessa ne katoavat lähes kokonaan. Joten radioaktiivisen jätteen loppusijoitusta varten on tarpeen rakentaa sellaisia ​​pitkäaikaisia ​​varastoja, jotka eristäisivät jätteen luotettavasti sen tunkeutumisesta ympäristöön radionuklidien täydelliseen hajoamiseen saakka. Tällaisia ​​varastotiloja kutsutaan hautausmaiksi.

On otettava huomioon, että korkea-aktiivinen jäte tuottaa huomattavan määrän lämpöä pitkään. Siksi ne useimmiten poistetaan maankuoren syville alueille. Varaston ympärille perustetaan valvontavyöhyke, jossa ihmisen toimintaa, mukaan lukien poraus- ja kaivostoimintaa rajoitetaan.

Toinen tapa ratkaista radioaktiivisen jätteen ongelma ehdotettiin - sen lähettäminen avaruuteen. Jätteen tilavuus on todellakin pieni, joten se voidaan siirtää avaruuden kiertoradalle, joka ei leikkaa maan kiertorataa, ja radioaktiivinen saastuminen eliminoituu ikuisesti. Tämä reitti kuitenkin hylättiin, koska oli olemassa vaara, että kantoraketti palaa yllättäen Maahan ongelmien sattuessa.

Jotkut maat harkitsevat vakavasti menetelmää kiinteän radioaktiivisen jätteen hautaamiseksi valtamerten syviin vesiin. Tämä menetelmä tekee vaikutuksen yksinkertaisuudellaan ja kustannustehokkuudellaan. Tämä menetelmä herättää kuitenkin vakavia vastalauseita meriveden syövyttävien ominaisuuksien perusteella. Pelätään, että korroosio tuhoaa nopeasti konttien eheyden ja radioaktiivisia aineita pääsee veteen ja merivirrat levittävät toimintaa meren yli.

Ydinvoimalaitosten toimintaan liittyy säteilysaastumisen vaaran lisäksi myös muunlaisia ​​ympäristövaikutuksia. Päävaikutus on lämpövaikutus. Se on puolitoista-kaksi kertaa korkeampi kuin lämpövoimaloissa.

Ydinvoimalaitoksen käytön aikana jätevesihöyryä tarvitaan jäähdyttämään. Yksinkertaisin tapa on jäähdytys vedellä, joka on peräisin joesta, järvestä, merestä tai erityisesti rakennetuista altaista. 5–15 °C lämmitetty vesi palaa samaan lähteeseen. Mutta tämä menetelmä sisältää vaaran heikentää ympäristötilannetta vesiympäristössä ydinvoimalaitosten paikoissa.

Laajemmin käytetty on jäähdytystorneja käyttävä vesihuoltojärjestelmä, jossa vesi jäähdytetään sen osittaisen haihtumisen ja jäähtymisen vuoksi.

Pienet häviöt korvataan jatkuvalla makean veden täydennyksellä. Tällaisella jäähdytysjärjestelmällä ilmakehään vapautuu valtava määrä vesihöyryä ja pisarakosteutta. Tämä voi johtaa sademäärän lisääntymiseen, sumun muodostumisen tiheyteen ja pilvisyyteen.

Viime vuosina on alettu käyttää vesihöyryn ilmajäähdytysjärjestelmää. Tässä tapauksessa vettä ei menetä, ja se on ympäristöystävällisintä. Tällainen järjestelmä ei kuitenkaan toimi korkeissa keskimääräisissä ympäristön lämpötiloissa. Lisäksi sähkön hinta nousee huomattavasti.

Johtopäätös

Energiaongelma on yksi tärkeimmistä ongelmista, jotka ihmiskunnan on nykyään ratkaistava. Sellaiset tieteen ja teknologian saavutukset kuin pikaviestintä, nopea liikenne ja avaruustutkimus ovat jo yleistyneet. Mutta kaikki tämä vaatii valtavia määriä energiaa. Energiantuotannon ja -kulutuksen voimakas kasvu on tuonut esiin uuden akuutin ympäristön saastumisen ongelman, joka on vakava vaara ihmiskunnalle.

Maailman energiantarve kasvaa nopeasti tulevina vuosikymmeninä. Yksikään energialähde ei pysty tarjoamaan niitä, joten on välttämätöntä kehittää kaikkia energialähteitä ja käyttää energiavaroja tehokkaasti.

Energiakehityksen seuraavassa vaiheessa (2000-luvun ensimmäiset vuosikymmenet) lupaavimpia ovat hiilienergia ja ydinenergia lämpö- ja nopeilla neutronireaktoreilla. Voimme kuitenkin toivoa, että ihmiskunta ei pysähdy jatkuvasti kasvavaan energiankulutukseen liittyvällä edistyksen tiellä.

Bibliografia

1) Kessler "Ydinenergia" Moskova: Energoizdat, 1986.

2) Kh. Margulova "Ydinenergia tänään ja huomenna" Moskova: Higher School, 1989

3) J. Collier, J. Hewitt "Johdatus ydinenergiaan" Moskova: Energoatomizdat, 1989

1900-lukua leimasi atomiytimien sisältämän uudenlaisen energian kehittyminen, ja siitä tuli ydinfysiikan vuosisata. Tämä energia on monta kertaa suurempi kuin ihmiskunnan koko historiansa aikana käyttämä polttoaineenergia.

Jo vuoden 1939 puoliväliin mennessä tiedemiehillä ympäri maailmaa oli tärkeitä teoreettisia ja kokeellisia löytöjä ydinfysiikan alalla, mikä mahdollisti laajan tutkimusohjelman esittämisen tähän suuntaan. Kävi ilmi, että uraaniatomi voidaan jakaa kahteen osaan. Tämä vapauttaa valtavan määrän energiaa. Lisäksi fissioprosessissa vapautuu neutroneja, jotka puolestaan ​​voivat pilkkoa muita uraaniatomeja ja aiheuttaa ydinketjureaktion. Uraanin ydinfissioreaktio on erittäin tehokas ja ylittää huomattavasti voimakkaimmat kemialliset reaktiot. Verrataanpa uraaniatomia ja räjähteen molekyyliä - trinitrotolueenia (TNT). TNT-molekyylin hajoaminen vapauttaa 10 elektronivolttia energiaa ja uraaniytimen hajoaminen 200 miljoonaa elektronivolttia eli 20 miljoonaa kertaa enemmän.

Nämä löydöt loivat sensaation tiedemaailmassa: ihmiskunnan historiassa ei ollut seurauksiltaan merkittävämpää tieteellistä tapahtumaa kuin atomin tunkeutuminen maailmaan ja sen energian hallinta. Tiedemiehet ymmärsivät, että sen päätarkoitus oli tuottaa sähköä ja käyttää sitä muilla rauhanomaisilla alueilla. Ydinenergian aikakausi alkoi, kun Obninskissa vuonna 1954 otettiin käyttöön maailman ensimmäinen 5 MW:n teollinen ydinvoimala. Sähköntuotannon lähde oli uraaniytimien fissio.

Ensimmäisten ydinvoimalaitosten käyttökokemus osoitti ydinenergiatekniikan todellisuuden ja luotettavuuden teolliseen sähköntuotantoon. Kehittyneet teollisuusmaat ovat alkaneet suunnitella ja rakentaa ydinvoimaloita, joissa on erityyppisiä reaktoreita. Vuoteen 1964 mennessä maailman ydinvoimaloiden kokonaiskapasiteetti kasvoi 5 miljoonaan kW:iin.

Siitä lähtien on käynnistynyt nopea ydinenergian kehitys, josta on tullut yhä merkittävämpi osuus maailman sähkön kokonaistuotannosta, ja siitä on tullut uusi lupaava energiavaihtoehto. Ydinvoimalaitosten rakentamisen tilausbuumi alkoi USA:ssa ja myöhemmin Länsi-Euroopassa, Japanissa ja Neuvostoliitossa. Ydinenergian kasvuvauhti on saavuttanut noin 30 % vuodessa. Maailman ydinvoimalaitoksilla oli jo vuoteen 1986 mennessä käytössä 365 voimayksikköä, joiden kokonaiskapasiteetti oli 253 miljoonaa kW. Lähes 20 vuodessa ydinvoimaloiden teho on kasvanut 50-kertaiseksi. Ydinvoimalaitosten rakentaminen toteutettiin 30 maassa (kuva 1.1).

Siihen mennessä Rooman klubin, arvovaltaisen maailmankuulujen tiedemiesyhteisön, tutkimus oli tullut laajalti tunnetuksi. Tutkimusten tekijöiden johtopäätökset kiteytyvät siihen, että maailmantalouden kannalta keskeisten orgaanisten energiavarojen, mukaan lukien öljyn, luonnonvarat ehtyvät melko tiukasti, ja niiden hintojen jyrkkä nousu lähitulevaisuudessa on väistämätöntä. Tätä silmällä pitäen ydinvoima ei olisi voinut tulla parempaan aikaan. Potentiaaliset ydinpolttoainevarastot (2 8 U, 2 5 U, 2 2 Th) pitkällä aikavälillä ratkaisivat polttoaineen saantiongelman ydinenergian kehittämisen eri skenaarioissa.

Olosuhteet ydinenergian kehitykselle olivat erittäin suotuisat, ja myös ydinvoimalaitosten taloudelliset tunnusluvut herättivät optimismia, ydinvoimalat pystyivät jo menestyksekkäästi kilpailemaan lämpövoimaloiden kanssa.

Ydinenergia mahdollisti fossiilisten polttoaineiden kulutuksen vähentämisen ja lämpövoimaloiden saastepäästöjen jyrkän vähentämisen.

Ydinenergian kehittäminen perustui sotilas-teollisen kompleksin vakiintuneeseen energiasektoriin - melko hyvin kehittyneisiin teollisuusreaktoreihin ja sukellusveneiden reaktoreihin, jotka käyttivät näihin tarkoituksiin jo luotua ydinpolttoainekiertoa (NFC), hankittu tieto ja merkittävä kokemus. Ydinenergia, jolla oli valtava valtiontuki, sopeutui menestyksekkäästi olemassa olevaan energiajärjestelmään ottaen huomioon tähän järjestelmään kuuluvat säännöt ja vaatimukset.

Energiavarmuuden ongelma, joka paheni 1900-luvun 70-luvulla. Öljyn hinnan jyrkän nousun aiheuttaman energiakriisin yhteydessä sen tarjonnan riippuvuus poliittisesta tilanteesta pakotti monet maat harkitsemaan uudelleen energiaohjelmiaan. Ydinenergian kehittäminen vähentämällä fossiilisten polttoaineiden kulutusta vähentää niiden maiden energiariippuvuutta, joilla ei ole tai on rajoitettu omaa polttoainetta ja energiaa

tuonnista ja vahvistaa näiden maiden energiavarmuutta.

Ydinenergian nopean kehityksen prosessissa kahdesta ydinvoimareaktorityypistä - lämpö- ja nopeat neutronit - lämpöneutronireaktorit ovat yleistyneet maailmassa.

Eri maiden kehittämät eri hidastimella ja jäähdytysaineilla varustetut reaktorityypit ja -mallit ovat muodostuneet kansallisen ydinenergian perustaksi. Niinpä Yhdysvalloissa painevesireaktoreista ja kiehuvavesireaktoreista tuli pääasiallisia, Kanadassa - luonnonuraania käyttävät raskaan veden reaktorit, entisessä Neuvostoliitossa - painevesireaktorit (VVER) ja u(RBMK), yksikkö. reaktorien teho kasvoi. Siten Leningradin ydinvoimalaitokselle asennettiin vuonna 1973 RBMK-1000 reaktori, jonka sähköteho oli 1000 MW. Suurten ydinvoimaloiden, esimerkiksi Zaporozhyen ydinvoimalan (Ukraina) teho saavutti 6000 MW.

Ottaen huomioon, että ydinvoimalaitosyksiköt toimivat lähes vakioteholla, kattaa

Three Mile Islandin ydinvoimala (USA)

integroitujen energiajärjestelmien päivittäisen kuormitusaikataulun perusosa, ydinvoimalaitosten rinnalle rakennettiin ympäri maailmaa erittäin ohjattavia pumppuvoimalaitoksia kattamaan aikataulun muuttuvan osan ja täyttämään kuormitusaikataulun yövajetta.

Ydinenergian nopea kehitysvauhti ei vastannut sen turvallisuustasoa. Ydinvoimalaitosten käytöstä saatujen kokemusten, prosessien ja mahdollisten seurausten tieteellisen ja teknisen ymmärryksen lisääntymisen perusteella teknisiä vaatimuksia oli tarpeen muuttaa, mikä aiheutti pääomainvestointeja ja käyttökustannuksia.

Vakavan iskun ydinenergian kehitykselle antoi Yhdysvaltain Three Mile Islandin ydinvoimalassa vuonna 1979 sekä useissa muissa laitoksissa sattunut vakava onnettomuus, joka johti turvallisuusvaatimusten radikaaliin tarkistamiseen, tiukentamiseen. olemassa olevien määräysten ja ydinvoimaloiden kehittämisohjelmien tarkistaminen ympäri maailmaa aiheutti valtavia moraalisia ja aineellisia vahinkoja ydinenergiateollisuudelle. Ydinenergian johtavassa Yhdysvalloissa ydinvoimalaitosten rakentamisen tilaukset pysähtyivät vuonna 1979, ja myös niiden rakentaminen muihin maihin väheni.

Tshernobylin ydinvoimalassa Ukrainassa vuonna 1986 tapahtunut vakava onnettomuus luokiteltiin kansainvälisellä ydinonnettomuuksien mittakaavassa korkeimman seitsemännen tason onnettomuudeksi ja aiheutti ympäristökatastrofin laajalla alueella, ihmishenkien menetyksiä, satojen tuhansien ihmisten siirtymistä. ihmisiä, heikensi maailman yhteisön luottamusta ydinenergiaan.

"Tshernobylin tragedia on varoitus. Eikä vain ydinenergiassa", sanoi akateemikko V.A. Legasov, hallituksen komission jäsen, ensimmäinen apulaisakateemikko A.P. Aleksandrov, joka johti I. V.:n mukaan nimettyä atomienergiainstituuttia. Kurchatova.

Monissa maissa ydinenergian kehittämisohjelmat keskeytettiin, ja useissa maissa aiemmin suunnitelluista kehityssuunnitelmista luovuttiin kokonaan.

Tästä huolimatta vuoteen 2000 mennessä 37 maassa toimivat ydinvoimalaitokset tuottivat 16 % maailman sähköntuotannosta.

Ennennäkemättömät ponnistelut toimivien ydinvoimalaitosten turvallisuuden takaamiseksi mahdollistivat sen 2000-luvun alussa. palauttaa yleisön luottamus ydinenergiaan. Sen kehityksen "renessanssin" aika on tulossa.

Korkean taloudellisen tehokkuuden ja kilpailukyvyn, polttoaineresurssien saatavuuden, luotettavuuden ja turvallisuuden lisäksi yksi tärkeimmistä tekijöistä on, että ydinenergia on yksi ympäristöystävällisimmistä sähkönlähteistä, vaikka käytetyn polttoaineen loppusijoitusongelma on edelleen olemassa.

Ydinpolttoaineen lisääntymisen (jalostuksen) tarve on tullut ilmeiseksi, ts. nopeiden neutronireaktorien (jalostajien) rakentaminen, syntyvän polttoaineen käsittelyn käyttöönotto. Tämän alueen kehittämisellä oli vakavia taloudellisia kannustimia ja näkymiä, ja sitä toteutettiin monissa maissa.

Neuvostoliitossa aloitettiin ensimmäinen kokeellinen työ nopeiden neutronireaktorien teollisesta käytöstä

1949 ja 1950-luvun puolivälistä alkaen koereaktoreiden BR-1, BR-5, BOR-60 käyttöönotto (1969), vuonna 1973 kaksikäyttöinen ydinvoimalaitos, jonka reaktoriteho 350 MW sähköntuotantoon. ja meriveden suolanpoisto, vuonna 1980 otettiin käyttöön teollisuusreaktori BN-600, jonka kapasiteetti on 600 MW.

Yhdysvalloissa toteutettiin laaja kehitysohjelma tällä alueella. Vuosina 1966-1972 Koereaktori Enrico Fermi l rakennettiin ja vuonna 1980 otettiin käyttöön maailman suurin tutkimusreaktori, FFTF, jonka teho on 400 MW. Saksassa ensimmäinen reaktori aloitti toimintansa vuonna 1974, mutta rakennettua suuritehoista SNR-2-reaktoria ei koskaan otettu käyttöön. Ranskassa käynnistettiin 250 MW:n Phenix-reaktori vuonna 1973 ja vuonna 1986 1242 MW:n Superphenix-reaktori. Japani otti käyttöön kokeellisen Joyo-reaktorin vuonna 1977 ja 280 MW:n Monju-reaktorin vuonna 1994.

Maailmanyhteisön 2000-luvulle tulleen ympäristökriisin yhteydessä ydinenergialla voi olla merkittävä panos luotettavan sähkönsyötön varmistamiseen ja kasvihuonekaasu- ja saastepäästöjen vähentämiseen ympäristöön.

Ydinenergia täyttää parhaiten kansainvälisesti hyväksytyt kestävän kehityksen periaatteet, joiden yksi tärkeimmistä vaatimuksista on riittävän polttoaine- ja energiaresurssien saatavuus vakaalla kulutuksella pitkällä aikavälillä.

2000-luvun yhteiskunnan ja maailmantalouden kehityksen laskelmiin ja mallintamiseen perustuvien ennusteiden mukaan sähkövoimateollisuuden hallitseva rooli säilyy. Kansainvälisen energiajärjestön IEA:n ennusteen mukaan vuoteen 2030 mennessä maailman sähköntuotanto yli kaksinkertaistuu ja ylittää 30 biljoonaa. kWh, ja Kansainvälisen atomienergiajärjestön IAEA:n ennusteiden mukaan ydinenergian "renessanssin" yhteydessä sen osuus kasvaa 25 prosenttiin maailman sähköntuotannosta ja alueelle rakennetaan yli 100 uutta reaktoria. maailmassa seuraavan 15 vuoden aikana, ja voima Ydinvoimaloiden teho kasvaa 370 miljoonasta kW:sta vuonna 2006 679 miljoonaan kW:iin vuonna 2030.

Tällä hetkellä ydinenergiaa kehittävät aktiivisesti maat, joiden osuus sähkön kokonaistuotannosta on korkea, mukaan lukien Yhdysvallat, Japani, Etelä-Korea ja Suomi. Ranska ratkaisi energiaongelman menestyksekkäästi useiden vuosikymmenten ajan suuntaamalla maan sähköteollisuuden uudelleen ydinvoimaan ja jatkamalla sen kehittämistä. Ydinvoimalaitosten osuus sähköntuotannosta on tässä maassa 80 prosenttia. Kehitysmaat, joiden osuus ydinvoiman tuotannosta on edelleen vähäinen, rakentavat ydinvoimaloita kovaa tahtia. Niinpä Intia ilmoitti aikomuksestaan ​​rakentaa pitkällä aikavälillä 40 miljoonan kW:n ja Kiina yli 100 miljoonan kW:n ydinvoimala.

Vuonna 2006 rakenteilla olevista 29 ydinvoimalaitosyksiköstä 15 sijaitsi Aasiassa. Turkki, Egypti, Jordania, Chile, Thaimaa, Vietnam, Azerbaidžan, Puola, Georgia, Valko-Venäjä ja muut maat suunnittelevat ydinvoimaloiden käyttöönottoa ensimmäistä kertaa.

Ydinenergian jatkokehitystä suunnittelee Venäjä, joka suunnittelee rakentavansa 40 miljoonan kW:n ydinvoimalan vuoteen 2030 mennessä. Ukrainassa on Ukrainan vuoteen 2030 ulottuvan energiastrategian mukaisesti tarkoitus kasvattaa ydinvoimalaitosten tuotantoa 219 miljardiin kWh:iin pitäen se 50 prosentin tasolla kokonaistuotannosta ja lisätä ydinvoimalaitosten kapasiteettia lähes 2-kertaisesti nostaen sen 29,5 miljoonaan kW:iin, ja asennettu kapasiteetin käyttöaste (IUR) on 85 %, mukaan lukien uusien 1–1,5 miljoonan kW:n yksiköiden käyttöönotto ja olemassa olevan ydinvoiman käyttöiän pidentäminen. laitosyksiköitä (vuonna 2006 Ukrainassa ydinvoimalaitosten kapasiteetti oli 13,8 milj. kW ja sähköntuotanto 90,2 mrd. kWh eli noin 48,7 % kokonaistuotannosta).

Monissa maissa meneillään oleva työ lämpö- ja nopeiden neutronien reaktorien parantamiseksi edelleen parantaa niiden luotettavuutta, taloudellista tehokkuutta ja ympäristöturvallisuutta. Tässä mielessä kansainvälinen yhteistyö tulee tärkeäksi. Näin ollen, kun tulevaisuudessa toteutetaan kansainvälinen projekti GT MSR (kaasuturbiinimodulaarinen aurinkojäähdytteinen reaktori), jolle on ominaista korkea turvallisuus- ja kilpailukykytaso, radioaktiivisen jätteen minimointi, tehokkuus saattaa nousta. jopa 50 %.

Ydinenergian kaksikomponenttisen rakenteen, mukaan lukien ydinvoimalaitokset, joissa on lämpöneutronireaktorit ja nopeat neutronireaktorit, jotka tuottavat ydinpolttoainetta, laaja käyttö tulevaisuudessa lisää luonnonuraanin käytön tehokkuutta ja vähentää uraanin kertymistä. radioaktiivinen jäte.

On huomattava, että ydinpolttoainekierron (NFC) ydinenergian kehittämisessä on tärkein rooli, joka itse asiassa on sen järjestelmän muodostava tekijä. Tämä johtuu seuraavista olosuhteista:

• Ydinpolttoainekiertoon tulee olla turvallista ja tehokasta toimintaa varten tarvittavat rakenteelliset, teknologiset ja suunnitteluratkaisut;
• Ydinpolttoainekierto on edellytys ydinenergian yhteiskunnalliselle hyväksyttävyydelle ja taloudelliselle tehokkuudelle ja sen laajalle leviämiselle;
• ydinpolttoainekierron kehittäminen johtaa tarpeeseen yhdistää tehtävät sähköä tuottavien ydinvoimalaitosten vaaditun turvallisuustason takaamiseksi ja ydinpolttoaineen tuotantoon liittyvien riskien minimoimiseksi, mukaan lukien uraanin louhinta, kuljetus, käytetyn jälleenkäsittely. ydinpolttoaine (SNF) ja radioaktiivisen jätteen loppusijoitus (yhtenäinen turvallisuusvaatimusjärjestelmä);
• uraanin tuotannon ja käytön jyrkkä lisääntyminen (ydinpolttoainekierron alkuvaihe) johtaa luonnollisten pitkäikäisten radionuklidien ympäristöön joutumisen vaaran lisääntymiseen, mikä edellyttää polttoaineen käytön tehostamista ja polttoaineen määrän vähentämistä. jätettä ja polttoainekierron sulkeminen.

Ydinvoimalaitoksen taloudellinen hyötysuhde riippuu suoraan polttoainekierrosta, mukaan lukien polttoaineen tankkausajan lyhentäminen ja polttoainenippujen (FA) suorituskykyominaisuuksien parantaminen. Siksi on tärkeää kehittää ja parantaa ydinpolttoainekiertoa edelleen korkealla ydinpolttoaineen käyttöasteella ja luoda vähäjäteinen suljettu polttoainekierto.

Ukrainan energiastrategiassa määrätään kansallisen polttoainekierron kehittämisestä. Uraanin tuotannon pitäisi siis kasvaa 0,8 tuhannesta tonnista 6,4 tuhanteen tonniin vuonna 2030, kotimaista zirkoniumin, zirkoniumseosten ja polttoainenippujen komponenttien tuotantoa kehitetään edelleen ja tulevaisuudessa suljetun polttoainekierron luomista sekä osallistumista kansainvälisessä yhteistyössä ydinpolttoaineen tuotannossa. Ukrainan yritysten osallistumista suunnitellaan VVER-reaktoreiden polttoainenippujen tuotantolaitosten luomiseen ja kansainvälisen uraanin rikastuskeskuksen perustamiseen Venäjälle sekä Ukrainan liittymiseen Yhdysvaltojen ehdottamiin Kansainväliseen ydinpolttoainepankkiin.

Ydinenergian polttoaineen saanti on sen kehitysnäkymien kannalta äärimmäisen tärkeää. Luonnonuraanin kysyntä maailmassa on tällä hetkellä noin 60 tuhatta tonnia ja kokonaisvarannot noin 16 miljoonaa tonnia.

21. vuosisadalla Ydinenergian rooli kasvaa jyrkästi maailman kasvavan sähköntuotannon varmistamisessa kehittyneemmällä teknologialla. Ydinenergialla ei vielä ole vakavaa kilpailijaa pitkällä aikavälillä. Toteuttaakseen sen kehittämisen suuressa mittakaavassa, sillä, kuten jo todettiin, tulee olla seuraavat ominaisuudet: korkea hyötysuhde, resurssien saatavuus, energian redundanssi, turvallisuus, hyväksyttävä ympäristövaikutus. Kolme ensimmäistä vaatimusta voidaan täyttää käyttämällä ydinvoiman kaksikomponenttista rakennetta, joka koostuu lämpö- ja nopeista reaktoreista. Tällaisella rakenteella voidaan merkittävästi lisätä luonnonuraanin käytön tehokkuutta, vähentää sen tuotantoa ja rajoittaa radonin pääsyä biosfääriin. Keinot saavuttaa vaadittu turvallisuustaso ja alentaa pääomakustannuksia molemmissa reaktorityypeissä ovat jo tiedossa, ja niiden toteuttamiseen tarvitaan aikaa ja rahaa. Siihen mennessä kun yhteiskunta ymmärtää ydinenergian jatkokehityksen tarpeen, kaksikomponenttisen rakenteen tekniikka on todellakin valmisteltu, vaikka paljon on vielä tehtävää ydinvoimalaitosten ja teollisuuden, mukaan lukien polttoaineen, optimoinnissa. pyöräilyyrityksiä.

Ympäristövaikutusten tason määrää pääasiassa radionuklidien määrä polttoainekierrossa (uraani, plutonium) ja varastoissa (Np, Am, Cm, fissiotuotteet).

Lyhytikäisille isotoopeille, esim. 1 1 I ja 9 0 Sr, l 7 Cs, altistumisen riski voidaan pienentää hyväksyttävälle tasolle lisäämällä ydinvoimalaitosten, varastojen ja polttoainekiertoyritysten turvallisuutta. Tällaisen riskin hyväksyttävyys voidaan todistaa käytännössä. Mutta on vaikea todistaa ja mahdotonta osoittaa pitkäikäisten aktinidien ja fissiotuotteiden hävittämisen luotettavuutta miljoonien vuosien aikana.

Emme voi epäilemättä hylätä keinojen etsimistä radioaktiivisen jätteen luotettavaan loppusijoitukseen, mutta on välttämätöntä kehittää mahdollisuutta käyttää aktinideja energian tuottamiseen, ts. polttoainekierron sulkeminen uraanin ja plutoniumin lisäksi myös aktinideille (Np, Am, Cm jne.). Vaarallisten pitkäikäisten fissiotuotteiden transmutaatio termisten neutronireaktorien järjestelmässä monimutkaistaa ydinvoiman rakennetta ydinpolttoaineen tuotantoon ja käsittelyyn liittyvien teknisten lisäprosessien vuoksi tai lisää ydinvoimalaitostyyppien määrää. Np:n, Am:n, Cm:n, muiden aktinidien ja fissiotuotteiden lisääminen reaktorin polttoaineeseen vaikeuttaa niiden suunnittelua, edellyttää uudentyyppisten ydinpolttoaineiden kehittämistä ja vaikuttaa kielteisesti turvallisuuteen.

Tässä yhteydessä harkitaan mahdollisuutta luoda ydinenergian kolmikomponenttinen rakenne, joka koostuu lämpö- ja nopeista reaktoreista sekä reaktoreista Np:n, Am:n, Cm:n ja muiden aktinidien polttamiseen ja joidenkin fissiotuotteiden transmutaatioon.

Tärkeimmät ongelmat ovat ydinpolttoaineeksi muunnettavissa olevan radioaktiivisen jätteen käsittely ja loppusijoitus.

2000-luvun ensimmäisellä puoliskolla ihmiskunnan on tehtävä tieteellinen ja tekninen läpimurto uusien energiamuotojen kehittämiseksi, mukaan lukien sähköydin, jossa käytetään varattuja hiukkaskiihdyttimiä, ja tulevaisuudessa lämpöydinvoima, mikä edellyttää voimien yhdistämistä ja kansainvälistä yhteistyötä.

Tianwanin ydinvoimalaitos on voimayksiköiden yksikkökapasiteetilla mitattuna suurin kaikista Kiinaan rakenteilla olevista ydinvoimaloista. Sen yleissuunnitelmassa on mahdollisuus rakentaa neljä tehoyksikköä, joista kukin on 1000 MW. Asema sijaitsee Pekingin ja Shanghain välissä Keltaisenmeren rannalla. Rakennustyöt tontilla alkoivat vuonna 1998. Toukokuussa 2006 käynnistetty ydinvoimalaitoksen ensimmäinen vesijäähdytteisellä vesireaktorilla VVER-1000/428 ja K-1000-60/3000 turbiinilla varustettu voimayksikkö otettiin käyttöön 2.6.2007 ja toinen samantyyppinen yksikkö otettiin käyttöön 12.9.2007. Tällä hetkellä ydinvoimalan molemmat voimayksiköt toimivat vakaasti 100 % teholla ja toimittavat sähköä Kiinan Jiangsun maakuntaan. Tianwanin ydinvoimalan kolmannen ja neljännen voimayksikön on tarkoitus rakentaa.

Nuo. teollisuusmaissa, joissa luonnon energiavarat eivät riitä. Nämä maat tuottavat neljänneksen ja puolet sähköstään ydinvoimaloilla. Yhdysvallat tuottaa vain kahdeksasosan sähköstään ydinvoimaloilla, mutta se on noin viidennes maailman tuotannosta.

Ydinvoima on edelleen kiihkeän keskustelun aihe. Ydinenergian kannattajat ja vastustajat eroavat toisistaan ​​jyrkästi arvioissaan ydinenergian turvallisuudesta, luotettavuudesta ja taloudellisesta tehokkuudesta. Lisäksi on laajaa spekulaatiota ydinpolttoaineen mahdollisesta vuotamisesta sähköntuotannosta ja sen käytöstä ydinaseiden valmistukseen.

Ydinpolttoainekierto.

Ydinenergia on monimutkainen toimiala, joka sisältää monia teollisia prosesseja, jotka yhdessä muodostavat polttoainekierron. Polttoainejaksoja on erilaisia ​​riippuen reaktorin tyypistä ja siitä, miten syklin viimeinen vaihe tapahtuu.

Tyypillisesti polttoainekierto koostuu seuraavista prosesseista. Kaivoksissa louhitaan uraanimalmia. Malmi murskataan uraanidioksidin erottamiseksi ja radioaktiivinen jäte loppusijoitetaan. Tuloksena oleva uraanioksidi (keltainen kakku) muunnetaan uraaniheksafluoridiksi, kaasumaiseksi yhdisteeksi. Uraani-235:n pitoisuuden lisäämiseksi uraaniheksafluoridia rikastetaan isotooppierotuslaitoksissa. Rikastettu uraani muunnetaan sitten takaisin kiinteäksi uraanidioksidiksi, jota käytetään polttoainepellettien valmistukseen. Polttoaine-elementit (polttoaine-elementit) kerätään pelleteistä, jotka yhdistetään kokoonpanoiksi ydinvoimalaitoksen ydinreaktorin sydämeen viemistä varten. Reaktorista poistetulla käytetyllä polttoaineella on korkea säteilytaso ja se lähetetään voimalaitoksen alueella jäähtymisen jälkeen erityisvarastoon. Myös laitoksen käytön ja huollon aikana kertyvän matala-aktiivisen säteilyjätteen poistamiseen varataan. Itse reaktori on käyttöikänsä lopussa poistettava käytöstä (dekontaminaatio ja reaktorin komponenttien hävittäminen). Polttoainekierron jokainen vaihe on säännelty ihmisten turvallisuuden ja ympäristön suojelemiseksi.

Ydinreaktorit.

Teollisia ydinreaktoreita kehitettiin alun perin vain maissa, joissa oli ydinaseita. USA, Neuvostoliitto, Iso-Britannia ja Ranska tutkivat aktiivisesti erilaisia ​​vaihtoehtoja ydinreaktoreille. Myöhemmin ydinvoimateollisuutta kuitenkin dominoi kolme päätyyppiä reaktoreita, jotka eroavat pääasiassa polttoaineesta, halutun ydinlämpötilan ylläpitämiseen käytetystä jäähdytysnesteestä ja hidastimesta, jota käytetään vähentämään hajoamisprosessin aikana vapautuvien neutronien nopeutta ja tarpeellista. ketjureaktion ylläpitämiseksi.

Niistä ensimmäinen (ja yleisin) tyyppi on rikastettu uraanireaktori, jossa tavallinen eli ”kevyt” vesi on sekä jäähdytysneste että hidastin (kevytvesireaktori). Kevytvesireaktoreita on kahta päätyyppiä: reaktori, jossa turbiineja pyörittävä höyry tuotetaan suoraan sydämessä (kiehumisvesireaktori) ja reaktori, jossa höyryä tuotetaan ulkoisessa tai toisessa piirissä, joka on kytketty. primääripiiriin lämmönvaihtimilla ja höyrystimillä (vesi-vesivoimareaktori - VVER). Kevytvesireaktorin kehittäminen aloitettiin Yhdysvaltain asevoimien ohjelmissa. Näin ollen General Electric ja Westinghouse kehittivät 1950-luvulla kevytvesireaktoreita Yhdysvaltain laivaston sukellusveneisiin ja lentotukialuksiin. Nämä yritykset osallistuivat myös sotilaallisiin ohjelmiin ydinpolttoaineen regenerointi- ja rikastustekniikoiden kehittämiseksi. Samalla vuosikymmenellä Neuvostoliitto kehitti grafiittihidastuneen kiehuvavesireaktorin.

Toinen käytännön sovelluksen saanut reaktorityyppi on kaasujäähdytteinen reaktori (grafiittihidastimella). Sen luominen liittyi myös läheisesti varhaisiin ydinaseohjelmiin. 1940-luvun lopulla ja 1950-luvun alussa Iso-Britannia ja Ranska, jotka pyrkivät luomaan omia atomipommeja, keskittyivät kehittämään kaasujäähdytteisiä reaktoreita, jotka tuottavat aselaatuista plutoniumia melko tehokkaasti ja voivat toimia myös luonnonuraanilla.

Kolmas kaupallisesti menestynyt reaktorityyppi on reaktori, jossa sekä jäähdytysaine että hidastin ovat raskasta vettä ja polttoaineena myös luonnonuraania. Ydinajan alussa raskaan vesireaktorin mahdollisia hyötyjä tutkittiin useissa maissa. Tällaisten reaktorien tuotanto keskittyi kuitenkin pääosin Kanadaan, osittain sen valtavien uraanivarantojen vuoksi.

Ydinteollisuuden kehittäminen.

Toisen maailmansodan jälkeen sähkösektoriin on investoitu maailmanlaajuisesti kymmeniä miljardeja dollareita. Rakennusbuumia vauhditti nopeasti kasvava sähkön kysyntä, joka oli selvästi nopeampaa kuin väestön ja kansantulon kasvu. Pääpaino oli hiiltä ja vähäisemmässä määrin öljyä ja kaasua polttavissa lämpövoimalaitoksissa sekä vesivoimalaitoksissa. Teollisuustyyppisiä ydinvoimaloita ei ollut ennen vuotta 1969. Vuoteen 1973 mennessä lähes kaikki teollisuusmaat olivat käyttäneet loppuun laajamittaisen vesivoiman resurssit. Vuoden 1973 jälkeinen energian hintojen nousu, sähkön kysynnän nopea kasvu ja kasvava huoli kansallisen energiariippumattomuuden menettämisestä vaikuttivat siihen, että ydinvoima on ainoa elinkelpoinen vaihtoehtoinen energianlähde lähitulevaisuudessa. Arabien öljysaarto vuosina 1973–1974 synnytti lisätilauksia ja optimistisia ennusteita ydinenergian kehityksestä.

Mutta jokainen seuraava vuosi teki omat mukautuksensa näihin ennusteisiin. Ydinvoimalla oli yhtäältä kannattajia hallituksissa, uraaniteollisuudessa, tutkimuslaboratorioissa ja vaikutusvaltaisissa energiayhtiöissä. Toisaalta syntyi voimakas vastustus, joka yhdisti väestön etuja, ympäristön puhtautta ja kuluttajien oikeuksia puolustavia ryhmiä. Tähän päivään asti jatkuva keskustelu on keskittynyt pääasiassa polttoainekierron eri vaiheiden haitallisiin ympäristövaikutuksiin, reaktorionnettomuuksien todennäköisyyteen ja niiden mahdollisiin seurauksiin, reaktorien rakentamisen ja käytön järjestämiseen, hyväksyttäviin vaihtoehtoihin ydinjätteen loppusijoitus, ydinvoimaloiden sabotaasi- ja terrori-iskujen mahdollisuus sekä kansallisten ja kansainvälisten ponnistelujen moninkertaistaminen ydinaseiden leviämisen estämiseksi.

Turvallisuusongelmat.

Muun muassa Tšernobylin katastrofi ja muut ydinreaktorionnettomuudet 1970- ja 1980-luvuilla tekivät selväksi, että tällaiset onnettomuudet ovat usein arvaamattomia. Esimerkiksi Tšernobylissä neljännen voimayksikön reaktori vaurioitui vakavasti sen suunnitellun sammutuksen aikana tapahtuneen jyrkän tehopiikin seurauksena. Reaktori sisältyi betonivaippaan ja se oli varustettu hätäjäähdytysjärjestelmällä ja muilla nykyaikaisilla turvajärjestelmillä. Mutta kenellekään ei koskaan tullut mieleen, että kun reaktori sammutetaan, voi tapahtua jyrkkä tehohyppy ja tällaisen hypyn jälkeen reaktorissa muodostunut vetykaasu ilmaan sekoittuneena räjähtää tuhotakseen reaktorirakennuksen. Onnettomuuden seurauksena yli 30 ihmistä kuoli, yli 200 000 ihmistä Kiovassa ja sen lähialueilla sai suuria säteilyannoksia ja Kiovan vesivarasto saastunut. Katastrofipaikan pohjoispuolella - suoraan säteilypilven reitillä - ovat laajat Pripjatin suot, jotka ovat elintärkeitä Valko-Venäjän, Ukrainan ja Länsi-Venäjän ekologialle.

Yhdysvalloissa ydinreaktoreita rakentavat ja toimivat laitokset ovat myös kohdanneet lukuisia turvallisuusongelmia, jotka ovat hidastaneet rakentamista, pakottaneet lukuisia muutoksia suunnitteluun ja toimintastandardeihin sekä lisänneet kustannuksia ja energiakustannuksia. Näillä vaikeuksilla näyttää olleen kaksi päälähdettä. Yksi niistä on tiedon ja kokemuksen puute tällä uudella energia-alalla. Toinen on ydinreaktoriteknologian kehitys, joka tuo uusia ongelmia. Mutta myös vanhoja jää jäljelle, kuten höyrystimen putkien korroosio ja kiehuvavesireaktorin putkistojen halkeilu. Muita turvallisuusongelmia, kuten äkillisten jäähdytysnesteen virtauksen muutosten aiheuttamia vaurioita, ei ole täysin ratkaistu.

Ydinenergian taloustiede.

Investoinnit ydinenergiaan, kuten investoinnit muihin sähköntuotannon osa-alueisiin, ovat taloudellisesti perusteltuja, jos kaksi ehtoa täyttyy: kilowattitunnin hinta on korkeintaan halvin vaihtoehtoinen tuotantotapa ja odotettu sähkön kysyntä on riittävän korkea tuotettua energiaa voidaan myydä hintaan, joka ylittää sen kustannukset. 1970-luvun alussa maailmantalouden näkymät olivat ydinvoimalle erittäin suotuisat: sekä sähkön kysyntä että pääpolttoaineiden, hiilen ja öljyn, hinnat nousivat nopeasti. Mitä tulee ydinvoimalan rakentamiskustannuksiin, lähes kaikki asiantuntijat olivat vakuuttuneita siitä, että se pysyisi vakaana tai jopa alkaisi laskea. Kuitenkin 1980-luvun alussa kävi selväksi, että nämä arviot olivat virheellisiä: sähkön kysynnän kasvu pysähtyi, luonnonpolttoaineiden hinnat eivät enää nousseet, vaan alkoivat jopa laskea, ja ydinvoimaloiden rakentaminen oli paljon enemmän. kalliimpaa kuin mitä pessimistisimmässä ennusteessa odotettiin. Tämän seurauksena ydinenergia joutui kaikkialla vakavien taloudellisten vaikeuksien ajanjaksoon, ja ne olivat vakavimpia siinä maassa, josta se sai alkunsa ja kehittyi voimakkaimmin - Yhdysvalloissa.

Jos teemme vertailevan analyysin Yhdysvaltojen ydinenergian taloudesta, käy selväksi, miksi tämä teollisuus on menettänyt kilpailukykynsä. 1970-luvun alusta lähtien ydinvoimalaitoskustannukset ovat nousseet jyrkästi. Perinteisen lämpövoimalaitoksen kustannukset koostuvat suorista ja välillisistä pääomasijoituksista, polttoainekustannuksista, käyttökustannuksista ja ylläpitokustannuksista. Hiililämpövoimalaitoksen käyttöiän aikana polttoainekustannukset ovat keskimäärin 50–60 % kaikista kustannuksista. Ydinvoimalaitosten osalta hallitsevat pääomasijoitukset, joiden osuus kaikista kustannuksista on noin 70 %. Uusien ydinreaktoreiden pääomakustannukset ylittävät keskimäärin merkittävästi hiilivoimaloiden koko käyttöiän polttoainekustannukset, mikä tekee tyhjäksi ydinvoimalaitosten polttoainesäästön edun.

Ydinenergian näkymät.

Niistä, jotka vaativat tarvetta jatkaa turvallisten ja kustannustehokkaiden tapojen etsimistä ydinenergian kehittämiseen, voidaan erottaa kaksi pääsuuntaa. Edellisen kannattajat uskovat, että kaikki ponnistelut tulisi keskittyä julkisen epäluottamuksen poistamiseen ydinteknologian turvallisuutta kohtaan. Tätä varten on tarpeen kehittää uusia reaktoreita, jotka ovat turvallisempia kuin olemassa olevat kevytvesireaktorit. Tässä on kahdenlaisia ​​kiinnostavia reaktoreita: "teknologisesti erittäin turvallinen" reaktori ja "modulaarinen" korkean lämpötilan kaasujäähdytteinen reaktori.

Modulaarisen kaasujäähdytteisen reaktorin prototyyppi kehitettiin Saksassa sekä Yhdysvalloissa ja Japanissa. Toisin kuin kevytvesireaktorissa, modulaarisen kaasujäähdytteisen reaktorin rakenne on sellainen, että sen toiminnan turvallisuus taataan passiivisesti - ilman käyttäjien suoria toimia tai sähköisiä tai mekaanisia suojajärjestelmiä. Teknologisesti erittäin turvallisissa reaktoreissa käytetään myös passiivista suojausjärjestelmää. Tällainen reaktori, jonka ideaa esitettiin Ruotsissa, ei ilmeisesti edennyt suunnitteluvaihetta pidemmälle. Mutta se on saanut vahvaa tukea Yhdysvalloissa niiden keskuudessa, jotka näkevät mahdollisia etuja modulaarisiin kaasujäähdytteisiin reaktoreihin verrattuna. Molempien vaihtoehtojen tulevaisuus on kuitenkin epävarma niiden epävarmien kustannusten, kehitysvaikeuksien ja itse ydinvoiman kiistanalaisen tulevaisuuden vuoksi.

Toisen koulukunnan kannattajat uskovat, että uusien reaktoritekniikoiden kehittämiseen on enää vähän aikaa, ennen kuin kehittyneet maat tarvitsevat uusia voimalaitoksia. Heidän mielestään ensisijaisena tavoitteena on kannustaa investointeja ydinenergiaan.

Mutta näiden kahden ydinenergian kehittämisnäkymän lisäksi on syntynyt täysin erilainen näkökulma. Hän toivoo toimitetun energian täydellisempää hyödyntämistä, uusiutuvia energialähteitä (aurinkopaneelit jne.) ja energiansäästöä. Tämän näkemyksen kannattajien mukaan jos edistyneet maat siirtyvät kehittämään taloudellisempia valonlähteitä, kodin sähkölaitteita, lämmityslaitteita ja ilmastointilaitteita, säästetty sähkö riittää ilman kaikkia olemassa olevia ydinvoimaloita. Havaittu merkittävä sähkönkulutuksen väheneminen osoittaa, että tehokkuus voi olla tärkeä tekijä sähkön kysyntää rajoittavassa tekijässä.

Ydinenergia ei siis ole vielä läpäissyt tehokkuuden, turvallisuuden ja julkisen hyvän tahdon testejä. Sen tulevaisuus riippuu nyt siitä, kuinka tehokkaasti ja luotettavasti ydinvoimalaitosten rakentamista ja toimintaa valvotaan, sekä kuinka onnistuneesti ratkaistaan ​​monet muut ongelmat, kuten radioaktiivisen jätteen loppusijoitusongelma. Ydinenergian tulevaisuus riippuu myös sen vahvojen kilpailijoiden – hiilivoimaloiden, uusien energiaa säästävien teknologioiden ja uusiutuvien energialähteiden – elinkelpoisuudesta ja laajentumisesta.

Ydinreaktion energia keskittyy atomin ytimeen. Atomi on pieni hiukkanen, joka muodostaa kaiken maailmankaikkeuden aineen.

Ydinfissioenergian määrä on valtava ja sitä voidaan käyttää sähkön tuottamiseen, mutta se on ensin vapautettava atomista.

Energian saaminen

Ydinreaktion energian valjastaminen tapahtuu laitteiden avulla, jotka voivat ohjata atomifissiota sähkön tuottamiseksi.

Reaktoreissa ja energiantuotannossa käytettävä polttoaine on useimmiten uraanin pellettejä. Ydinreaktorissa uraaniatomit pakotetaan hajoamaan. Kun atomit hajoavat, ne vapauttavat pieniä hiukkasia, joita kutsutaan fissiotuotteiksi. Fissiotuotteet vaikuttavat muihin uraaniatomeihin erottuakseen - ketjureaktio alkaa. Tästä ketjureaktiosta vapautuva ydinenergia tuottaa lämpöä. Ydinreaktorin lämpö tekee sen erittäin kuumaksi, joten sen täytyy jäähtyä.

Teknologisesti paras jäähdytysneste on yleensä vesi, mutta joissakin ydinreaktoreissa käytetään nestemäistä metallia tai sulaa suolaa. Ytimestä kuumennettu jäähdytysneste tuottaa höyryä. Höyry vaikuttaa höyryturbiiniin ja kääntää sen. Turbiini on kytketty mekaanisella voimansiirrolla generaattoriin, joka tuottaa sähköä.
Reaktoreita ohjataan säätösauvoilla, joita voidaan säätää syntyvän lämmön määrän mukaan. Säätösauvat on valmistettu materiaalista, kuten kadmiumista, hafniumista tai boorista, jotta ne imevät joitain ydinfission tuottamia tuotteita. Ketjureaktion aikana on läsnä sauvoja reaktion hallitsemiseksi. Tankojen poistaminen mahdollistaa ketjureaktion kehittymisen ja lisää sähköä.

Noin 15 prosenttia maailman sähköstä tuotetaan ydinvoimaloilla.

Yhdysvalloissa on yli 100 reaktoria, vaikka Yhdysvallat tuottaa suurimman osan sähköstään fossiilisista polttoaineista ja vesivoimasta.

Venäjällä on 33 voimayksikköä 10 ydinvoimalassa - 15% maan energiataseesta.

Liettua, Ranska ja Slovakia kuluttavat suurimman osan sähköstään ydinvoimaloista.

Energian tuottamiseen käytetty ydinpolttoaine

Uraani on yleisimmin käytetty polttoaine ydinreaktioenergian tuottamiseen. Tämä johtuu siitä, että uraaniatomit hajoavat suhteellisen helposti. Erityinen tuotettu uraanityyppi, nimeltään U-235, on harvinainen. U-235 muodostaa alle yhden prosentin maailman uraanista.

Uraania louhitaan Australiassa, Kanadassa, Kazakstanissa, Venäjällä ja Uzbekistanissa, ja se on käsiteltävä ennen kuin sitä voidaan käyttää.

Koska ydinpolttoainetta voidaan käyttää aseiden valmistamiseen, tuotanto on ydinsulkusopimuksen alaista uraanin tai plutoniumin tai muun ydinpolttoaineen tuonnissa. Sopimus edistää polttoaineen rauhanomaista käyttöä sekä rajoittaa tämäntyyppisten aseiden leviämistä.

Ydinenergia ja ihmiset

Ydinvoimalla tuotetaan sähköä, jota voidaan käyttää kodeissa, kouluissa, yrityksissä ja sairaaloissa.

Ensimmäinen sähköä tuottava reaktori rakennettiin Idahoon, Yhdysvaltoihin, ja se alkoi kokeellisesti käyttää sähköä vuonna 1951.

Vuonna 1954 Venäjälle Obninskiin perustettiin ensimmäinen ydinvoimala, joka oli suunniteltu toimittamaan energiaa ihmisille.

Ydinreaktioenergiaa hyödyntävien reaktoreiden rakentaminen vaatii korkeatasoista teknologiaa ja vain ydinsulkusopimuksen allekirjoittaneet maat voivat hankkia tarvittavan uraanin tai plutoniumin. Näistä syistä suurin osa ydinvoimaloista sijaitsee maailman kehittyneissä maissa.

Ydinvoimalat tuottavat uusiutuvia, ympäristöystävällisiä luonnonvaroja. Ne eivät saastuta ilmaa eivätkä tuota kasvihuonekaasupäästöjä. Ne voidaan rakentaa kaupungille tai maaseudulle, eivätkä ne muuta radikaalisti ympäröivää ympäristöä.

Voimalaitosten radioaktiivisia aineita

Radioaktiivinen materiaali s Reaktori on turvallinen, koska sitä jäähdytetään erillisessä rakenteessa, jota kutsutaan jäähdytystorniksi. Höyry muuttuu takaisin vedeksi ja sitä voidaan käyttää uudelleen sähkön tuottamiseen. Ylimääräinen höyry yksinkertaisesti kierrätetään ilmakehään, jossa se ei ole haitallista kuin puhdas vesi.

Ydinreaktion energialla on kuitenkin sivutuote radioaktiivisen materiaalin muodossa. Radioaktiivinen materiaali on kokoelma epävakaita ytimiä. Nämä ytimet menettävät energiansa ja voivat vaikuttaa moniin ympärillään oleviin materiaaleihin, mukaan lukien eläviin organismeihin ja ympäristöön. Radioaktiiviset materiaalit voivat olla erittäin myrkyllisiä, aiheuttaen sairauksia, lisäämällä syöpäriskiä, ​​verisairauksia ja luuston rappeutumista.

Radioaktiivista jätettä jää jäljelle ydinreaktorin toiminnasta.

Radioaktiivinen jäte kattaa työntekijöiden suojavaatteet, työkalut ja kankaat, jotka olivat kosketuksissa radioaktiivisen pölyn kanssa. Radioaktiivinen jäte on pitkäikäistä. Materiaalit, kuten vaatteet ja työkalut, voivat pysyä radioaktiivisina tuhansia vuosia. Hallitus säätelee näiden materiaalien hävittämistä, jotta ne eivät saastuta mitään muuta.

Käytetty polttoaine ja sauvat ovat erittäin radioaktiivisia. Käytettävät uraanipelletit on varastoitava erikoissäiliöissä, jotka näyttävät suurilta uima-altailta, ja jotkut laitokset varastoivat käyttämänsä polttoaineen maanpäällisiin kuiviin varastosäiliöihin.

Polttoainetta jäähdyttävä vesi ei joudu kosketuksiin radioaktiivisuuden kanssa ja on siksi turvallista.

Tunnetaan myös sellaisia, joiden toimintaperiaate on hieman erilainen.

Ydinenergian käyttö ja säteilyturvallisuus

Ydinreaktioenergian käytön kriitikot pelkäävät, että radioaktiivisen jätteen varastotilat vuotavat, halkeilevat tai romahtavat. Radioaktiivinen aine voi tällöin saastuttaa maaperän ja pohjaveden lähellä paikkaa. Tämä voi aiheuttaa vakavia terveysongelmia alueen ihmisille ja eläville organismeille. Kaikki ihmiset joutuisivat evakuoimaan.

Näin tapahtui Tšernobylissä Ukrainassa vuonna 1986. Neljännen ydinreaktorin yhdessä voimalaitoksessa tapahtunut höyryräjähdys tuhosi sen ja syttyi tulipalo. Muodostui radioaktiivisten hiukkasten pilvi, joka putosi maahan tai ajautui tuulen mukana ja hiukkaset pääsivät vesikiertoon luonnossa sateena. Suurin osa radioaktiivisesta laskeumasta putosi Valko-Venäjällä.

Tšernobylin katastrofin ympäristövaikutukset ilmenivät välittömästi. Kilometrejä ympäri paikkaa mäntymetsä on kuivunut, ja kuolleiden mäntyjen punainen väri on saanut alueelle lempinimen Red Forest. Läheisen Pripyat-joen kalasta on tullut radioaktiivista, eivätkä ihmiset enää pysty syömään sitä. Nautakarja ja hevoset kuolivat. Yli 100 000 ihmistä evakuoitiin katastrofin jälkeen, mutta Tšernobylin uhrien määrää on vaikea määrittää.

Säteilymyrkytyksen vaikutukset ilmenevät vasta monen vuoden kuluttua. Syövän kaltaisten sairauksien lähdettä on vaikea määrittää.

Ydinenergian tulevaisuus

Reaktorit käyttävät atomien fissiota tai halkeamista energian tuottamiseen.

Ydinreaktioenergiaa voidaan tuottaa myös sulattamalla tai yhdistämällä atomeja yhteen. Tuotannossa. Esimerkiksi aurinko käy jatkuvasti läpi vetyatomien ydinfuusion muodostaen heliumia. Koska elämä planeetallamme riippuu Auringosta, voimme sanoa, että fissio mahdollistaa elämän maan päällä.

Ydinvoimalaitoksilla ei vielä ole kykyä turvallisesti ja luotettavasti tuottaa energiaa ydinfuusion (fuusio) avulla, mutta tutkijat tutkivat ydinfuusiota, koska prosessi on todennäköisesti turvallinen ja kustannustehokkaampi vaihtoehtoisena energiamuotona.

Ydinreaktion energia on valtava, ja ihmisten on käytettävä sitä. Haasteena tämän energian saamiseksi ovat monet kilpailevat mallit, joissa on erilaisia ​​kylmäaineita, käyttölämpötiloja ja jäähdytysnesteen paineita, hidasteita jne., sekä erilaisia ​​suunnittelutehoja. Siten valmistus- ja käyttökokemus on avainasemassa.