Միջուկային էներգիան հակիրճ. Ռուսաստանում միջուկային էներգիան լոկոմոտիվ է այլ ոլորտների զարգացման համար

Միջուկային էներգիայի օգտագործումը՝ այն էլեկտրաէներգիայի վերածելու համար, առաջին անգամ մեր երկրում իրականացվել է 1954 թվականին։ Օբնինսկում շահագործման է հանձնվել 5000 կՎտ հզորությամբ առաջին ատոմակայանը (ԱԷԿ)։ Միջուկային ռեակտորում արձակված էներգիան օգտագործվում էր ջուրը գոլորշու վերածելու համար, որն այնուհետև պտտում էր գեներատորին միացված տուրբինը։ Ատոմային էներգիայի զարգացում. Նույն սկզբունքով են աշխատում նաեւ շահագործման հանձնված Նովովորոնեժի, Լենինգրադի, Կուրսկի, Կոլայի եւ այլ ատոմակայանները։ Այդ կայանների ռեակտորներն ունեն 500-1000 ՄՎտ հզորություն։ Ատոմային էլեկտրակայանները կառուցվում են հիմնականում երկրի եվրոպական մասում։ Դա պայմանավորված է ատոմակայանների առավելություններով՝ համեմատած հանածո վառելիքով աշխատող ՋԷԿ-երի։ Միջուկային ռեակտորները չեն սպառում սակավ օրգանական վառելիք և չեն ծանրաբեռնում երկաթուղային տրանսպորտը ածխի փոխադրմամբ։ Ատոմային էլեկտրակայանները չեն սպառում մթնոլորտի թթվածինը և չեն աղտոտում շրջակա միջավայրը մոխիրով և այրման արտադրանքներով։ Այնուամենայնիվ, ատոմակայանների տեղադրումը խիտ բնակեցված վայրերում պոտենցիալ վտանգ է ներկայացնում: Ջերմային (այսինքն՝ դանդաղ) նեյտրոնային ռեակտորներում օգտագործվում է ուրանի միայն 1-2%-ը։ Ուրանի լիարժեք օգտագործումը ձեռք է բերվում արագ նեյտրոնային ռեակտորներում, որոնք ապահովում են նաև նոր միջուկային վառելիքի վերարտադրությունը պլուտոնիումի տեսքով։ 1980 թվականին Բելոյարսկի ԱԷԿ-ում գործարկվեց աշխարհում առաջին արագ նեյտրոնային ռեակտորը՝ 600 ՄՎտ հզորությամբ։ Միջուկային էներգիան, ինչպես շատ այլ արդյունաբերություններ, ունի վնասակար կամ վտանգավոր բնապահպանական ազդեցություն: Ամենամեծ պոտենցիալ վտանգը ռադիոակտիվ աղտոտումն է։ Բարդ խնդիրներ են առաջանում ռադիոակտիվ թափոնների հեռացման և հին ատոմակայանների ապամոնտաժման հետ կապված։ Դրանց ծառայության ժամկետը մոտ 20 տարի է, որից հետո անհնար է վերականգնել կայանները՝ կառուցվածքային նյութերի վրա ճառագայթման երկարատև ազդեցության պատճառով։ Ատոմակայանը նախագծված է՝ հաշվի առնելով կայանի անձնակազմի և հանրության առավելագույն անվտանգությունը: Աշխարհի ատոմակայանների շահագործման փորձը ցույց է տալիս, որ բնականոն աշխատանքի դեպքում կենսոլորտը հուսալիորեն պաշտպանված է ատոմակայանների ճառագայթային ազդեցությունից: Այնուամենայնիվ, Չեռնոբիլի ատոմակայանի չորրորդ ռեակտորի պայթյունը ցույց տվեց, որ ռեակտորի միջուկի ոչնչացման վտանգը կադրային սխալների և ռեակտորների նախագծման սխալ հաշվարկների պատճառով մնում է իրականություն, ուստի ձեռնարկվում են ամենախիստ միջոցներ այս ռիսկը նվազեցնելու համար: . Միջուկային ռեակտորներ են տեղադրված միջուկային սուզանավերի և սառցահատների վրա։ Միջուկային զենք. Ատոմային ռումբում իրականացվում է անվերահսկելի շղթայական ռեակցիա՝ նեյտրոնների մեծացման մեծ գործակցով։ Որպեսզի էներգիայի գրեթե ակնթարթային արտազատում (պայթյուն) տեղի ունենա, ռեակցիան պետք է ընթանա արագ նեյտրոններով (առանց 235 մոդերատորների օգտագործման)։ Պայթուցիկը մաքուր ուրան g2U կամ 239 պլուտոնիում 94Pu է: Որպեսզի պայթյուն տեղի ունենա, տրոհվող նյութը պետք է գերազանցի կրիտիկական չափը: Դա ձեռք է բերվում կա՛մ երկու կտոր տրոհվող նյութի ենթակրիտիկական չափերի հետ արագ միացնելու միջոցով, կա՛մ մեկ կտորը կտրուկ սեղմելով այն չափի, որի դեպքում մակերևույթից նեյտրոնների արտահոսքն այնքան իջնում ​​է, որ կտորի չափերը գերկրիտիկական են: Երկուսն էլ իրականացվում են սովորական պայթուցիկ նյութերի օգտագործմամբ։ Երբ ռումբը պայթում է, ջերմաստիճանը հասնում է տասնյակ միլիոնավոր կելվինի: Այս ջերմաստիճանում ճնշումը կտրուկ բարձրանում է, և հզոր պայթյունի ալիք է ձևավորվում։ Միևնույն ժամանակ տեղի է ունենում հզոր ճառագայթում։ Ռումբի պայթյունի շղթայական ռեակցիայի արտադրանքը խիստ ռադիոակտիվ է և վտանգավոր կենդանի օրգանիզմների համար: Ատոմային ռումբերն օգտագործվել են Միացյալ Նահանգների կողմից Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ավարտին Ճապոնիայի դեմ։ 1945 թվականին ատոմային ռումբեր նետվեցին ճապոնական Հիրոսիմա և Նագասակի քաղաքների վրա։ Ջերմամիջուկային (ջրածնային) ռումբը օգտագործում է ատոմային ռումբի պայթյունը, որը տեղադրված է ջերմամիջուկային ռումբի ներսում՝ միաձուլման ռեակցիա սկսելու համար։ Ոչ տրիվիալ լուծումը պարզվեց, որ ատոմային ռումբի պայթյունն օգտագործվում է ոչ թե ջերմաստիճանը բարձրացնելու, այլ ատոմային ռումբի պայթյունի ժամանակ առաջացած ճառագայթման միջոցով ջերմամիջուկային վառելիքը ուժեղ սեղմելու համար: Մեր երկրում ջերմամիջուկային պայթյուն ստեղծելու հիմնական գաղափարներն առաջ են քաշել Ա.Դ.Սախարովը։ Միջուկային զենքի ստեղծմամբ պատերազմում հաղթելն անհնարին դարձավ։ Միջուկային պատերազմը կարող է հանգեցնել մարդկության կործանմանը, այդ իսկ պատճառով ամբողջ աշխարհում ժողովուրդները համառորեն պայքարում են միջուկային զենքն արգելելու համար:

«Միջուկային էներգիա»

Ներածություն

Էներգիան ազգային տնտեսության կարևորագույն ճյուղն է, որն ընդգրկում է էներգետիկ ռեսուրսները, արտադրությունը, փոխակերպումը, փոխանցումը և էներգիայի տարբեր տեսակների օգտագործումը։ Սա պետության տնտեսության հիմքն է։

Աշխարհում ընթանում է արդյունաբերականացման գործընթաց, որը պահանջում է նյութերի լրացուցիչ սպառում, ինչը մեծացնում է էներգիայի ծախսերը։ Բնակչության աճի հետ ավելանում են հողի մշակման, բերքահավաքի, պարարտանյութերի արտադրության և այլնի էներգիայի ծախսերը։

Ներկայումս մոլորակի բնական, հեշտ հասանելի ռեսուրսներից շատերը սպառվում են: Հումքը պետք է արդյունահանվի մեծ խորություններում կամ ծովի դարակներում: Աշխարհի նավթի և գազի սահմանափակ պաշարները, թվում է, մարդկությանը ենթարկում են էներգետիկ ճգնաժամի հեռանկարի: Այնուամենայնիվ, միջուկային էներգիայի օգտագործումը մարդկությանը հնարավորություն է տալիս խուսափել դրանից, քանի որ ատոմային միջուկի ֆիզիկայի հիմնարար հետազոտությունների արդյունքները հնարավորություն են տալիս կանխել էներգետիկ ճգնաժամի վտանգը՝ օգտագործելով ատոմային միջուկների որոշակի ռեակցիաների ժամանակ արձակված էներգիան։ .

Միջուկային էներգիայի զարգացման պատմություն

1939 թվականին առաջին անգամ հնարավոր եղավ բաժանել ուրանի ատոմը։ Անցավ ևս 3 տարի, և ԱՄՆ-ում ստեղծվեց ռեակտոր՝ վերահսկվող միջուկային ռեակցիա իրականացնելու համար։ Այնուհետև 1945 թվականին արտադրվել և փորձարկվել է ատոմային ռումբ, իսկ 1954 թվականին մեր երկրում շահագործման է հանձնվել աշխարհի առաջին ատոմակայանը։ Այս բոլոր դեպքերում օգտագործվել է ատոմային միջուկի քայքայման հսկայական էներգիան։ Ատոմային միջուկների միաձուլման արդյունքում էլ ավելի մեծ քանակությամբ էներգիա է արձակվում։ 1953 թվականին ԽՍՀՄ-ում առաջին անգամ փորձարկվեց ջերմամիջուկային ռումբը, և մարդը սովորեց վերարտադրել արևի տակ տեղի ունեցող գործընթացները։ Առայժմ միջուկային միաձուլումը չի կարող օգտագործվել խաղաղ նպատակներով, բայց եթե դա հնարավոր դառնա, մարդիկ միլիարդավոր տարիներ իրենց էժան էներգիայով կապահովեն։ Այս խնդիրը եղել է ժամանակակից ֆիզիկայի ամենակարևոր ոլորտներից մեկը վերջին 50 տարիների ընթացքում:

Մինչեւ մոտ 1800 թվականը փայտը հիմնական վառելիքն էր։ Փայտի էներգիան ստացվում է բույսերի կյանքի ընթացքում կուտակված արևային էներգիայից։ Արդյունաբերական հեղափոխությունից ի վեր մարդիկ կախված են եղել հանքանյութերից, ինչպիսիք են ածուխը և նավթը, որոնց էներգիան նույնպես ստացվել է կուտակված արևային էներգիայից: Երբ այրվում է այնպիսի վառելիք, ինչպիսին է ածուխը, ածխի մեջ պարունակվող ջրածնի և ածխածնի ատոմները միանում են օդի թթվածնի ատոմներին։ Երբ առաջանում է ջրային կամ ածխածնի երկօքսիդ, արտազատվում է բարձր ջերմաստիճան, որը համարժեք է մոտավորապես 1,6 կվտ/ժամ մեկ կիլոգրամի կամ մոտավորապես 10 էլեկտրոն վոլտ մեկ ածխածնի ատոմի համար: Էներգիայի այս քանակությունը բնորոշ է քիմիական ռեակցիաներին, որոնք հանգեցնում են ատոմների էլեկտրոնային կառուցվածքի փոփոխության։ Ջերմության տեսքով արձակված էներգիայի մի մասը բավարար է ռեակցիան շարունակելու համար:

Աշխարհի առաջին փորձնական ատոմակայանը՝ 5 ՄՎտ հզորությամբ, գործարկվել է ԽՍՀՄ-ում 1954 թվականի հունիսի 27-ին Օբնինսկում։ Մինչ այդ ատոմային միջուկի էներգիան հիմնականում օգտագործվում էր ռազմական նպատակներով։ Առաջին ատոմակայանի գործարկումը նշանավորեց էներգետիկայի նոր ուղղության բացումը, որը ճանաչում ստացավ Ատոմային էներգիայի խաղաղ օգտագործման 1-ին միջազգային գիտատեխնիկական կոնֆերանսում (1955թ. օգոստոս, Ժնև):

1958 թվականին շահագործման է հանձնվել Սիբիրյան ատոմակայանի 1-ին փուլը՝ 100 ՄՎտ հզորությամբ (ընդհանուր նախագծային հզորությունը՝ 600 ՄՎտ)։ Նույն թվականին սկսվեց Բելոյարսկի արդյունաբերական ատոմակայանի շինարարությունը, և 1964 թվականի ապրիլի 26-ին 1-ին փուլի գեներատորը (100 ՄՎտ միավոր) հոսանք մատակարարեց Սվերդլովսկի էներգահամակարգին՝ 2-րդ բլոկը՝ 200 հզորությամբ։ ՄՎտ-ն շահագործման է հանձնվել 1967 թվականի հոկտեմբերին: Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի տարբերակիչ առանձնահատկությունն այն է, որ գոլորշու գերտաքացումն է (մինչև պահանջվող պարամետրերը ձեռք բերելը) անմիջապես միջուկային ռեակտորում, ինչը հնարավորություն է տվել դրա վրա օգտագործել սովորական ժամանակակից տուրբիններ գրեթե առանց որևէ փոփոխության:

1964 թվականի սեպտեմբերին գործարկվեց Նովովորոնեժի ԱԷԿ-ի 1-ին բլոկը՝ 210 ՄՎտ հզորությամբ։ Այս ատոմակայանում 1 կՎտ/ժ էլեկտրաէներգիայի արժեքը (ցանկացած էլեկտրակայանի շահագործման կարեւորագույն տնտեսական ցուցանիշը) սիստեմատիկորեն նվազել է՝ այն կազմել է 1,24 կոպեկ։ 1965 թվականին՝ 1,22 կոպեկ։ 1966 թվականին՝ 1,18 կոպեկ. 1967 թվականին՝ 0,94 կոպեկ. 1968թ.-ին Նովովորոնեժի ԱԷԿ-ի առաջին բլոկը կառուցվել է ոչ միայն արդյունաբերական օգտագործման համար, այլ նաև որպես ցուցադրական հաստատություն՝ ցուցադրելու միջուկային էներգիայի հնարավորություններն ու առավելությունները, ատոմակայանների հուսալիությունն ու անվտանգությունը: 1965-ի նոյեմբերին Ուլյանովսկի շրջանի Մելեկես քաղաքում գործարկվեց ատոմակայան՝ «եռացող» տիպի ջրային-ջրային ռեակտորով 50 ՄՎտ հզորությամբ, ռեակտորը հավաքվել է մեկ շղթայի նախագծով։ , հեշտացնելով կայանի դասավորությունը։ 1969 թվականի դեկտեմբերին գործարկվեց Նովովորոնեժի ԱԷԿ-ի երկրորդ բլոկը (350 ՄՎտ):

Արտասահմանում 46 ՄՎտ հզորությամբ առաջին արդյունաբերական ատոմակայանը շահագործման է հանձնվել 1956 թվականին Կալդեր Հոլում (Անգլիա)։ Մեկ տարի անց Շիփինգպորտում (ԱՄՆ) շահագործման է հանձնվել 60 ՄՎտ հզորությամբ ատոմակայանը։

Միջուկային էներգիայի հիմունքներ

Ատոմային միջուկբնութագրվում է լիցքով Ze, զանգվածով M, սպին J, մագնիսական և էլեկտրական քառաբևեռ մոմենտ Q, որոշակի շառավղով R, իզոտոպային սպին T և բաղկացած է նուկլեոններից՝ պրոտոններից և նեյտրոններից։ Բոլոր ատոմային միջուկները բաժանվում են կայուն և անկայուն: Կայուն միջուկների հատկությունները անորոշ ժամանակով մնում են անփոփոխ։ Անկայուն միջուկները ենթարկվում են տարբեր տեսակի փոխակերպումների։

Ռադիոակտիվության կամ միջուկների ինքնաբուխ քայքայման երևույթը հայտնաբերել է ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ա. Բեկերելը 1896 թվականին: Նա հայտնաբերեց, որ ուրանը և նրա միացությունները արձակում են ճառագայթներ կամ մասնիկներ, որոնք թափանցում են անթափանց մարմինների միջով և կարող են լուսավորել լուսանկարչական թիթեղը: Բեքերելը հաստատեց, որ Ճառագայթման ինտենսիվությունը համաչափ է միայն ուրանի կոնցենտրացիայի հետ և կախված չէ արտաքին պայմաններից (ջերմաստիճան, ճնշում) և նրանից, թե արդյոք ուրանը կա որևէ քիմիական միացության մեջ:

Ալֆայի քայքայումը

Միջուկի կապող էներգիան բնութագրում է նրա դիմադրողականությունը բաղադրիչ մասերի կազմալուծմանը: Եթե ​​միջուկի կապակցման էներգիան ավելի քիչ է, քան նրա քայքայման արտադրանքի կապի էներգիան, դա նշանակում է, որ միջուկը կարող է ինքնաբերաբար քայքայվել: Ալֆայի քայքայման ժամանակ ալֆա մասնիկները տանում են գրեթե ողջ էներգիան, և դրա միայն 2%-ն է գնում երկրորդական միջուկ: Ալֆա քայքայման ժամանակ զանգվածային թիվը փոխվում է 4 միավորով, իսկ ատոմային թիվը՝ երկու միավորով։

Ալֆա մասնիկի սկզբնական էներգիան 4–10 ՄէՎ է։ Քանի որ ալֆա մասնիկները մեծ զանգված և լիցք ունեն, նրանց միջին ազատ ուղին օդում կարճ է: Օրինակ՝ ուրանի միջուկից արտանետվող ալֆա մասնիկների օդում միջին ազատ ուղին 2,7 սմ է, իսկ ռադիումի արտանետվողներինը՝ 3,3 սմ։

Բետա քայքայումը

Սա ատոմային միջուկի վերափոխման գործընթացն է մեկ այլ միջուկի՝ ատոմային թվի փոփոխությամբ՝ առանց զանգվածային թիվը փոխելու։ Գոյություն ունի բետա քայքայման երեք տեսակ՝ էլեկտրոն, պոզիտրոն և ուղեծրային էլեկտրոնի գրավում ատոմային միջուկով։ Վերջին տեսակի քայքայումը նույնպես կոչվում է TO- գրավել, քանի որ այս դեպքում միջուկին ամենամոտ էլեկտրոնը ամենայն հավանականությամբ կլանվելու է TOպատյաններ. Էլեկտրոնների կլանումը ԼԵվ ՄՌումբերն էլ հնարավոր է, բայց քիչ հավանական: b-ակտիվ միջուկների կես կյանքը տատանվում է շատ լայն տիրույթում:

Ներկայումս հայտնի բետա-ակտիվ միջուկների թիվը կազմում է մոտ մեկուկես հազար, սակայն դրանցից միայն 20-ն են բնական բետա-ռադիոակտիվ իզոտոպներ: Մնացած բոլորը ձեռք են բերվում արհեստականորեն։

Քայքայման ժամանակ արտանետվող էլեկտրոնների կինետիկ էներգիայի շարունակական բաշխումը բացատրվում է նրանով, որ էլեկտրոնի հետ մեկտեղ արտանետվում է նաև հականեյտրինո։ Եթե ​​չլինեին հականեյտրինոներ, ապա էլեկտրոնները կունենային խիստ սահմանված իմպուլս, որը հավասար կլինի մնացորդային միջուկի իմպուլսին։ Սպեկտրի կտրուկ ընդմիջում է նկատվում կինետիկ էներգիայի արժեքով, որը հավասար է բետա քայքայման էներգիային: Այս դեպքում միջուկի և հականեյտրինոյի կինետիկ էներգիաները հավասար են զրոյի, և էլեկտրոնը տանում է ռեակցիայի ընթացքում թողարկված ողջ էներգիան:

Էլեկտրոնային քայքայման ժամանակ մնացորդային միջուկն ունի սկզբնականից մեծ կարգի թիվ մեկ՝ պահպանելով զանգվածային թիվը։ Սա նշանակում է, որ մնացորդային միջուկում պրոտոնների թիվն ավելացել է մեկով, իսկ նեյտրոնների թիվը, ընդհակառակը, փոքրացել է. Ն= Ա– (Զ+1).

Գամմայի քայքայումը

Կայուն միջուկները գտնվում են ամենացածր էներգիային համապատասխան վիճակում։ Այս վիճակը կոչվում է հիմնական: Այնուամենայնիվ, ատոմային միջուկները տարբեր մասնիկներով կամ բարձր էներգիայի պրոտոններով ճառագայթելով, որոշակի էներգիա կարող է փոխանցվել նրանց և, հետևաբար, փոխանցվել ավելի բարձր էներգիային համապատասխան վիճակներին։ Որոշ ժամանակ անց գրգռված վիճակից հիմնական վիճակի անցնելով՝ ատոմային միջուկը կարող է արձակել կամ մասնիկ, եթե գրգռման էներգիան բավականաչափ բարձր է, կամ բարձր էներգիայի էլեկտրամագնիսական ճառագայթում՝ գամմա քվանտ: Քանի որ գրգռված միջուկը գտնվում է դիսկրետ էներգետիկ վիճակներում, գամմա ճառագայթումը բնութագրվում է գծային սպեկտրով:

Ճեղքման ռեակցիայի ուշագրավ և չափազանց կարևոր հատկությունն այն է, որ տրոհումից առաջանում են բազմաթիվ նեյտրոններ: Այս հանգամանքը հնարավորություն է տալիս պայմաններ ստեղծել միջուկային տրոհման կայուն կամ զարգացող շղթայական ռեակցիայի պահպանման համար։ Իսկապես, եթե տրոհվող միջուկներ պարունակող միջավայրում մեկ նեյտրոնը առաջացնում է տրոհման ռեակցիա, ապա ռեակցիայի արդյունքում առաջացող նեյտրոնները որոշակի հավանականությամբ կարող են առաջացնել միջուկային տրոհում, ինչը համապատասխան պայմաններում կարող է հանգեցնել անվերահսկելի տրոհման գործընթացի զարգացմանը:

Միջուկային ռեակտորներ

Ծանր միջուկների տրոհման ժամանակ առաջանում են մի քանի ազատ նեյտրոններ։ Սա հնարավորություն է տալիս կազմակերպել այսպես կոչված տրոհման շղթայական ռեակցիա, երբ նեյտրոնները, տարածվելով ծանր տարրեր պարունակող միջավայրում, կարող են առաջացնել դրանց տրոհում նոր ազատ նեյտրոնների արտանետմամբ։ Եթե ​​միջավայրն այնպիսին է, որ ավելանում է նորաստեղծ նեյտրոնների թիվը, ապա տրոհման պրոցեսն ավելանում է ձնահյուսի նման։ Այն դեպքում, երբ հաջորդ տրոհումների ժամանակ նեյտրոնների թիվը նվազում է, միջուկային շղթայական ռեակցիան մարում է։

Ստացիոնար միջուկային շղթայական ռեակցիա ստանալու համար ակնհայտորեն անհրաժեշտ է ստեղծել այնպիսի պայմաններ, որ յուրաքանչյուր միջուկ, որը կլանում է նեյտրոնը, տրոհման ժամանակ միջինում արձակում է մեկ նեյտրոն, որը գնում է դեպի երկրորդ ծանր միջուկի տրոհումը:

Միջուկային ռեակտորսարք է, որում իրականացվում և պահպանվում է որոշակի ծանր միջուկների տրոհման վերահսկվող շղթայական ռեակցիա։

Միջուկային շղթայական ռեակցիա ռեակտորում կարող է տեղի ունենալ միայն որոշակի քանակությամբ տրոհվող միջուկների դեպքում, որոնք կարող են տրոհվել ցանկացած նեյտրոնային էներգիայի դեպքում: Տրոհվող նյութերից ամենակարեւորը 235U իզոտոպն է, որի տեսակարար կշիռը բնական ուրանում կազմում է ընդամենը 0,714%։

Թեև 238U-ը տրոհվում է նեյտրոնների կողմից, որոնց էներգիան գերազանցում է 1,2 ՄէՎ-ը, բնական ուրանի արագ նեյտրոնների վրա ինքնուրույն շղթայական ռեակցիան հնարավոր չէ արագ նեյտրոնների հետ 238U միջուկների ոչ առաձգական փոխազդեցության մեծ հավանականության պատճառով: Այս դեպքում նեյտրոնային էներգիան դառնում է 238U միջուկների տրոհման էներգիայի շեմից ցածր:

Մոդերատորի օգտագործումը հանգեցնում է 238U-ում ռեզոնանսային կլանման նվազմանը, քանի որ նեյտրոնը կարող է անցնել ռեզոնանսային էներգիաների շրջանով մոդերատոր միջուկների հետ բախումների արդյունքում և կլանվել 235U, 239Pu, 233U միջուկներով, տրոհման խաչմերուկով: որը զգալիորեն մեծանում է նեյտրոնային էներգիայի նվազման հետ: Որպես մոդերատորներ օգտագործվում են ցածր զանգվածային քանակով և փոքր կլանման խաչմերուկ ունեցող նյութերը (ջուր, գրաֆիտ, բերիլիում և այլն)։

ԷՋ_BREAK--

Ճեղքման շղթայական ռեակցիան բնութագրելու համար օգտագործվում է մի մեծություն, որը կոչվում է բազմապատկման գործակից TO. Սա որոշակի սերնդի նեյտրոնների թվի հարաբերակցությունն է նախորդ սերնդի նեյտրոնների թվին: Ստացիոնար տրոհման շղթայական ռեակցիայի համար TO=1. Սելեկցիոն համակարգ (ռեակտոր), որում TO=1 կոչվում է կրիտիկական: Եթե TO>1, համակարգում նեյտրոնների թիվը մեծանում է, և այս դեպքում այն ​​կոչվում է գերկրիտիկական։ ժամը 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.

Ջերմային նեյտրոնային ռեակտորի միջուկում միջուկային վառելիքի հետ մեկտեղ կա մոդերատոր-նյութի զգալի զանգված, որը բնութագրվում է մեծ ցրման խաչմերուկով և փոքր կլանման խաչմերուկով։

Ռեակտորի ակտիվ գոտին գրեթե միշտ, բացառությամբ հատուկ ռեակտորների, շրջապատված է ռեֆլեկտորով, որը բազմաթիվ ցրման պատճառով նեյրոնների մի մասը վերադարձնում է ակտիվ գոտի։ Արագ նեյրոնային ռեակտորներում ակտիվ գոտին շրջապատված է վերարտադրության գոտիներով։ Նրանք կուտակում են տրոհվող իզոտոպներ։ Բացի այդ, վերարտադրման գոտիները ծառայում են նաև որպես ռեֆլեկտոր։ Միջուկային ռեակտորում կուտակվում են տրոհման արգասիքներ, որոնք կոչվում են խարամ։ Խարամների առկայությունը հանգեցնում է ազատ նեյտրոնների լրացուցիչ կորուստների։

Միջուկային ռեակտորները, կախված վառելիքի և մոդերատորի հարաբերական տեղակայությունից, բաժանվում են միատարր և տարասեռ: Միատարր ռեակտորում միջուկը վառելիքի, մոդերատորի և հովացուցիչ նյութի միատարր զանգված է լուծույթի, խառնուրդի կամ հալման տեսքով: Այն ռեակտորը, որի մեջ բլոկների կամ վառելիքի հավաքների տեսքով վառելիքը տեղադրվում է մոդերատորի մեջ՝ դրանում ձևավորելով կանոնավոր երկրաչափական վանդակ, կոչվում է տարասեռ։

Միջուկային ռեակտորի առանձնահատկությունները որպես ջերմության աղբյուր

Ռեակտորի շահագործման ընթացքում ջերմություն է արտազատվում տարբեր քանակությամբ վառելիքի տարրերում (վառելիքի ձողեր), ինչպես նաև նրա բոլոր կառուցվածքային տարրերում: Դա պայմանավորված է, առաջին հերթին, տրոհման բեկորների, դրանց բետա և գամմա ճառագայթման, ինչպես նաև նեյտրոնների հետ փոխազդող միջուկների դանդաղեցմամբ և, վերջապես, արագ նեյտրոնների դանդաղեցմամբ։ Վառելիքի միջուկի տրոհումից բեկորները դասակարգվում են ըստ հարյուր միլիարդավոր աստիճանի ջերմաստիճանի համապատասխան արագությունների:

Իսկապես, E= m u 2= ​​3RT, որտեղ E – բեկորների կինետիկ էներգիա, MeV; R = 1,38·10-23 J/K – Բոլցմանի հաստատուն: Հաշվի առնելով, որ 1 MeV = 1,6 10-13 J, մենք ստանում ենք 1,6 10-6 E = 2,07 10-16 T, T = 7,7 109E: Ճեղքման բեկորների համար էներգիայի ամենահավանական արժեքներն են 97 ՄէՎ թեթև բեկորների համար և 65 ՄէՎ՝ ծանրի համար: Այնուհետև թեթև բեկորի համար համապատասխան ջերմաստիճանը 7,5 1011 Կ է, ծանր բեկորի համար՝ 5 1011 Կ։ Թեև միջուկային ռեակտորում հասանելի ջերմաստիճանը տեսականորեն գրեթե անսահմանափակ է, գործնականում սահմանափակումները որոշվում են կառուցվածքային նյութերի և վառելիքի առավելագույն թույլատրելի ջերմաստիճանով։ տարրեր.

Միջուկային ռեակտորի առանձնահատկությունն այն է, որ տրոհման էներգիայի 94%-ը ակնթարթորեն վերածվում է ջերմության, այսինքն. այն ժամանակահատվածում, որի ընթացքում ռեակտորի հզորությունը կամ նրանում առկա նյութերի խտությունը ժամանակ չունեն նկատելիորեն փոխվելու։ Հետևաբար, երբ ռեակտորի հզորությունը փոխվում է, ջերմության արտազատումը հետևում է վառելիքի տրոհման գործընթացին առանց ուշացման: Այնուամենայնիվ, երբ ռեակտորն անջատված է, երբ տրոհման արագությունը նվազում է ավելի քան տասնյակ անգամ, դրանում մնում են հետաձգված ջերմության արտանետման աղբյուրներ (տրոհման արտադրանքներից գամմա և բետա ճառագայթում), որոնք դառնում են գերակշռող։

Միջուկային ռեակտորի հզորությունը համամասնական է նրանում նեյրոնների հոսքի խտությանը, ուստի ցանկացած հզորություն տեսականորեն հասանելի է: Գործնականում առավելագույն հզորությունը որոշվում է ռեակտորում արձակված ջերմության հեռացման արագությամբ: Ժամանակակից ուժային ռեակտորներում տեսակարար ջերմության հեռացումը 102 – 103 ՄՎտ/մ3 է, հորձանուտային ռեակտորներում՝ 104 – 105 ՄՎտ/մ3:

Ջերմությունը հեռացվում է ռեակտորի միջով շրջանառվող հովացուցիչ նյութի միջոցով: Ռեակտորի բնորոշ առանձնահատկությունը տրոհման ռեակցիայի դադարեցումից հետո մնացորդային ջերմության արտազատումն է, որը պահանջում է ջերմության հեռացում ռեակտորի անջատումից հետո երկար ժամանակ։ Չնայած քայքայման ջերմային հզորությունը զգալիորեն պակաս է անվանական հզորությունից, հովացուցիչ նյութի շրջանառությունը ռեակտորի միջոցով պետք է ապահովվի շատ հուսալի, քանի որ քայքայման ջերմությունը չի կարող վերահսկվել: Որոշ ժամանակ գործող ռեակտորից հովացուցիչ նյութի հեռացումը խստիվ արգելվում է գերտաքացումից և վառելիքի տարրերի վնասումից խուսափելու համար:

Էլեկտրական միջուկային ռեակտորների նախագծում

Միջուկային էներգիայի ռեակտորը սարք է, որում իրականացվում է ծանր տարրերի միջուկների տրոհման վերահսկվող շղթայական ռեակցիա, և այս գործընթացի ընթացքում թողարկված ջերմային էներգիան հեռացվում է հովացուցիչ նյութով: Միջուկային ռեակտորի հիմնական տարրը միջուկն է: Այն պարունակում է միջուկային վառելիք և իրականացնում է տրոհման շղթայական ռեակցիա։ Միջուկը որոշակի ձևով տեղադրված միջուկային վառելիք պարունակող վառելիքի տարրերի հավաքածու է: Ջերմային նեյտրոնային ռեակտորներն օգտագործում են մոդերատոր։ Վառելիքի տարրերը սառեցնելու համար հովացուցիչ նյութը մղվում է միջուկի միջով: Որոշ տեսակի ռեակտորներում մոդերատորի և սառեցնողի դերը կատարում է նույն նյութը, օրինակ՝ սովորական կամ ծանր ջուրը։

Ռեակտորի աշխատանքը վերահսկելու համար միջուկ են մտցվում հսկիչ ձողեր, որոնք պատրաստված են նեյտրոնների կլանման մեծ կտրվածքով նյութերից։ Էլեկտրաէներգիայի ռեակտորների միջուկը շրջապատված է նեյտրոնային ռեֆլեկտորով՝ մոդերատոր նյութի շերտով՝ միջուկից նեյտրոնների արտահոսքը նվազեցնելու համար: Բացի այդ, ռեֆլեկտորի շնորհիվ նեյտրոնների խտությունը և էներգիայի արտանետումը հավասարեցվում են միջուկի ամբողջ ծավալով, ինչը հնարավորություն է տալիս ավելի մեծ հզորություն ստանալ տվյալ գոտու չափի համար, հասնել վառելիքի ավելի միատեսակ այրման, մեծացնել ռեակտորի շահագործման ժամանակը: առանց վառելիքի ծանրաբեռնվածության և պարզեցնել ջերմության հեռացման համակարգը: Ռեֆլեկտորը տաքանում է դանդաղեցնող և ներծծվող նեյտրոնների և գամմա քվանտների էներգիայով, ուստի ապահովվում է դրա սառեցումը: Միջուկը, ռեֆլեկտորը և այլ տարրերը պահվում են կնքված պատյանում, որը սովորաբար շրջապատված է կենսաբանական պաշտպանությամբ:

Ռեակտորի դասակարգում

Ռեակտորները դասակարգվում են ըստ տրոհման ռեակցիայի մեջ ներգրավված նեյտրոնների էներգիայի մակարդակի, ըստ վառելիքի և մոդերատորի տեղադրման սկզբունքի, նպատակային նշանակության, մոդերատորի և հովացուցիչ նյութի տեսակի և նրանց ֆիզիկական վիճակի:

Ըստ էներգետիկ նեյտրոնների մակարդակի՝ ռեակտորները կարող են գործել արագ նեյտրոնների, ջերմային և միջանկյալ (ռեզոնանսային) էներգիաների նեյտրոնների վրա և, ըստ այդմ, բաժանվում են ջերմային, արագ և միջանկյալ նեյտրոնների ռեկտորների (երբեմն հակիրճության համար դրանք հետևյալն են. կոչվում է ջերմային, արագ և միջանկյալ):

IN ջերմային նեյտրոնային ռեակտորՄիջուկային տրոհման մեծ մասը տեղի է ունենում, երբ տրոհվող իզոտոպների միջուկները կլանում են ջերմային նեյտրոնները: Այն ռեակտորները, որոնցում միջուկային տրոհումն իրականացվում է հիմնականում 0,5 ՄէՎ-ից ավելի էներգիա ունեցող նեյտրոնների միջոցով, կոչվում են արագ նեյտրոնային ռեակտորներ։ Ռեակտորները, որոնցում տրոհումների մեծ մասը տեղի է ունենում տրոհվող իզոտոպների միջուկների միջանկյալ նեյտրոնների կլանման արդյունքում, կոչվում են միջանկյալ (ռեզոնանսային) նեյտրոնային ռեակտորներ։

Ներկայումս առավել տարածված են ջերմային նեյտրոնային ռեակտորները։ Ջերմային ռեակտորները բնութագրվում են միջուկում 235U միջուկային վառելիքի կոնցենտրացիաներով 1-ից մինչև 100 կգ/մ3 և մոդերատորի մեծ զանգվածների առկայությամբ: Արագ նեյտրոնային ռեակտորը բնութագրվում է 1000 կգ/մ3 կարգի 235U կամ 239U միջուկային վառելիքի կոնցենտրացիաներով և միջուկում մոդերատորի բացակայությամբ։

Միջանկյալ նեյտրոնային ռեակտորներում միջուկում շատ քիչ մոդերատոր կա, և 235U միջուկային վառելիքի կոնցենտրացիան դրանում 100-ից 1000 կգ/մ3 է։

Ջերմային նեյտրոնային ռեակտորներում վառելիքի միջուկների տրոհումը տեղի է ունենում նաև այն ժամանակ, երբ արագ նեյտրոնները գրավվում են միջուկի կողմից, սակայն այդ գործընթացի հավանականությունը աննշան է (1 – 3%): Նեյտրոնային մոդերատորի անհրաժեշտությունը պայմանավորված է նրանով, որ վառելիքի միջուկների արդյունավետ տրոհման խաչմերուկները շատ ավելի մեծ են ցածր նեյտրոնային էներգիաների դեպքում, քան մեծերում:

Ջերմային ռեակտորի միջուկը պետք է պարունակի մոդերատոր՝ նյութ, որի միջուկներն ունեն ցածր զանգվածային թիվ։ Որպես մոդերատոր օգտագործվում են գրաֆիտ, ծանր կամ թեթև ջուր, բերիլիում և օրգանական հեղուկներ։ Ջերմային ռեակտորը կարող է աշխատել նույնիսկ բնական ուրանի վրա, եթե մոդերատորը ծանր ջուր կամ գրաֆիտ է: Մյուս մոդերատորները պահանջում են հարստացված ուրանի օգտագործումը: Ռեակտորի պահանջվող կրիտիկական չափերը կախված են վառելիքի հարստացման աստիճանից, հարստացման աստիճանի աճի հետ նրանք փոքրանում են: Ջերմային նեյտրոնային ռեակտորների զգալի թերությունը դանդաղ նեյտրոնների կորուստն է մոդերատորի, հովացուցիչ նյութի, կառուցվածքային նյութերի և տրոհման արտադրանքի կողմից դրանց գրավման արդյունքում: Հետևաբար, նման ռեակտորներում անհրաժեշտ է օգտագործել փոքր խաչմերուկներով նյութեր դանդաղ նեյտրոնների որսման համար որպես մոդերատոր, հովացուցիչ և կառուցվածքային նյութեր:

IN միջանկյալ նեյտրոնային ռեակտորներ, որտեղ տրոհման իրադարձությունների մեծ մասը պայմանավորված է նեյտրոններով, որոնց էներգիան գերազանցում է ջերմային էներգիան (1 էՎ-ից մինչև 100 կՎ), մոդերատորի զանգվածը ավելի քիչ է, քան ջերմային ռեակտորներում։ Նման ռեակտորի աշխատանքի առանձնահատկությունն այն է, որ միջանկյալ տարածաշրջանում նեյտրոնային տրոհման աճով վառելիքի տրոհման խաչմերուկը նվազում է ավելի քիչ, քան կառուցվածքային նյութերի և տրոհման արտադրանքների կլանման խաչմերուկը: Այսպիսով, տրոհման դեպքերի հավանականությունը մեծանում է կլանման իրադարձությունների համեմատ: Կառուցվածքային նյութերի նեյտրոնային բնութագրերի պահանջները պակաս խիստ են, և դրանց տիրույթն ավելի լայն է: Հետևաբար, միջանկյալ նեյտրոնային ռեակտորի միջուկը կարող է պատրաստվել ավելի դիմացկուն նյութերից, ինչը հնարավորություն է տալիս մեծացնել ռեակտորի ջեռուցման մակերեսից հատուկ ջերմության հեռացումը: Միջանկյալ ռեակտորներում տրոհվող իզոտոպով վառելիքի հարստացումը, խաչաձեւ հատվածի նվազման պատճառով, պետք է ավելի բարձր լինի, քան ջերմայիններում։ Միջուկային վառելիքի վերարտադրությունը միջանկյալ նեյտրոնային ռեակտորներում ավելի մեծ է, քան ջերմային նեյտրոնային ռեակտորում:

Այն նյութերը, որոնք թույլ չափավոր նեյտրոններ ունեն, օգտագործվում են որպես հովացուցիչ նյութեր միջանկյալ ռեակտորներում: Օրինակ՝ հեղուկ մետաղներ։ Մոդերատորը գրաֆիտ է, բերիլիում և այլն:

Արագ նեյտրոնային ռեակտորի միջուկը պարունակում է վառելիքի ձողեր բարձր հարստացված վառելիքով: Միջուկը շրջապատված է բուծման գոտիով, որը բաղկացած է վառելիքի տարրերից, որոնք պարունակում են վառելիքի հումք (հյուծված ուրան, թորիում): Միջուկից փախչող նեյտրոնները բուծման գոտում գրավվում են վառելիքի հումքի միջուկներով, ինչի արդյունքում ձևավորվում է նոր միջուկային վառելիք: Արագ ռեակտորների հատուկ առավելությունը դրանցում միջուկային վառելիքի ընդլայնված վերարտադրության կազմակերպման հնարավորությունն է, այսինքն. էներգիայի արտադրության հետ միաժամանակ արտադրել նոր միջուկային վառելիք՝ այրված միջուկային վառելիքի փոխարեն։ Արագ ռեակտորները չեն պահանջում մոդերատոր, իսկ հովացուցիչը կարիք չունի դանդաղեցնելու նեյտրոնները:

Շարունակություն
--PAGE_BREAK--

Կախված միջուկում վառելիքի տեղադրման եղանակից՝ ռեակտորները բաժանվում են միատարր և տարասեռ։

IN միատարր ռեակտորմիջուկային վառելիքը, հովացուցիչ նյութը և մոդերատորը (եթե այդպիսիք կան) մանրակրկիտ խառնված են և գտնվում են նույն ֆիզիկական վիճակում, այսինքն. Լիովին միատարր ռեակտորի միջուկը միջուկային վառելիքի, հովացուցիչ նյութի կամ մոդերատորի հեղուկ, պինդ կամ գազային միատարր խառնուրդն է: Միատարր ռեակտորները կարող են լինել կամ ջերմային կամ արագ նեյտրոնային: Նման ռեակտորում ամբողջ ակտիվ գոտին գտնվում է պողպատե գնդաձև մարմնի ներսում և ներկայացնում է վառելիքի և մոդերատորի հեղուկ համասեռ խառնուրդ՝ լուծույթի կամ հեղուկ համաձուլվածքի տեսքով (օրինակ՝ ուրանի սուլֆատի լուծույթ ջրի մեջ, լուծույթ ուրան հեղուկ բիսմուտում), որը միաժամանակ ծառայում է որպես հովացուցիչ նյութ։

Միջուկային տրոհման ռեակցիան տեղի է ունենում գնդաձեւ ռեակտորի նավի ներսում վառելիքի լուծույթում, որի արդյունքում լուծույթի ջերմաստիճանը բարձրանում է։ Ռեակտորից այրվող լուծույթը մտնում է ջերմափոխանակիչ, որտեղ ջերմությունը փոխանցում է երկրորդական շղթայի ջրին, սառչում է և շրջանաձև պոմպի միջոցով հետ է ուղարկվում ռեակտոր։ Ապահովելու համար, որ միջուկային ռեակցիան ռեակտորից դուրս տեղի չի ունենում, միացման խողովակաշարերի, ջերմափոխանակիչի և պոմպի ծավալները ընտրվում են այնպես, որ միացման յուրաքանչյուր հատվածում տեղակայված վառելիքի ծավալը շատ ավելի ցածր լինի, քան կրիտիկականը: Համասեռ ռեակտորներն ունեն մի շարք առավելություններ տարասեռների նկատմամբ։ Սա միջուկի և դրա նվազագույն չափերի պարզ ձևավորումն է, տրոհման արտադրանքը շարունակաբար հեռացնելու և շահագործման ընթացքում թարմ միջուկային վառելիք ավելացնելու ունակությունը, առանց ռեակտորի դադարեցման, վառելիքի պատրաստման հեշտությունը, ինչպես նաև այն փաստը, որ ռեակտորը կարող է կառավարվել՝ փոխելով: միջուկային վառելիքի կոնցենտրացիան.

Այնուամենայնիվ, միատարր ռեակտորներն ունեն նաև լուրջ թերություններ։ Շղթայի միջով շրջանառվող միատարր խառնուրդն արձակում է ուժեղ ռադիոակտիվ ճառագայթում, որը պահանջում է լրացուցիչ պաշտպանություն և բարդացնում է ռեակտորի կառավարումը։ Վառելիքի միայն մի մասն է գտնվում ռեակտորում և օգտագործվում է էներգիա արտադրելու համար, իսկ մյուս մասը գտնվում է արտաքին խողովակաշարերում, ջերմափոխանակիչներում և պոմպերում։ Շրջանառվող խառնուրդն առաջացնում է ռեակտորի և սխեմայի համակարգերի և սարքերի խիստ կոռոզիա և էրոզիա: Միատարր ռեակտորում պայթուցիկ պայթուցիկ խառնուրդի առաջացումը ջրի ռադիոլիզի արդյունքում պահանջում է դրա հետայրման սարքեր: Այս ամենը հանգեցրեց նրան, որ միատարր ռեակտորները լայնորեն չեն կիրառվում։

IN տարասեռ ռեակտորվառելիքը բլոկների տեսքով տեղադրվում է մոդերատորի մեջ, այսինքն. վառելիքը և մոդերատորը տարածականորեն առանձնացված են:

Ներկայումս էներգետիկ նպատակներով նախատեսված են միայն տարասեռ ռեակտորներ։ Նման ռեակտորում միջուկային վառելիքը կարող է օգտագործվել գազային, հեղուկ և պինդ վիճակում: Սակայն այժմ տարասեռ ռեակտորներն աշխատում են միայն պինդ վառելիքով։

Կախված չափավորող նյութից՝ տարասեռ ռեակտորները բաժանվում են գրաֆիտի, թեթև ջրի, ծանր ջրի և օրգանականի։ Ըստ հովացուցիչ նյութի տեսակի՝ տարասեռ ռեակտորներն են՝ թեթև ջուրը, ծանր ջուրը, գազը և հեղուկ մետաղը։ Հեղուկ հովացուցիչ նյութերը ռեակտորի ներսում կարող են լինել միաֆազ և երկփուլ վիճակում: Առաջին դեպքում ռեակտորի ներսում հովացուցիչ նյութը չի եռում, բայց երկրորդում այն ​​եռում է:

Ռեակտորները, որոնց միջուկում հեղուկ հովացուցիչ նյութի ջերմաստիճանը ցածր է եռման կետից, կոչվում են ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորներ, իսկ ռեակտորները, որոնցում հովացուցիչ նյութը եռում է ներսում, կոչվում են եռացող ջրի ռեակտորներ:

Կախված օգտագործվող մոդերատորից և հովացուցիչ նյութից, տարասեռ ռեակտորները նախագծված են տարբեր դիզայնի համաձայն: Ռուսաստանում միջուկային էներգիայի ռեակտորների հիմնական տեսակներն են ջրով սառեցված և ջրագրաֆիտը:

Ելնելով իրենց նախագծումից՝ ռեակտորները բաժանվում են անոթային և ալիքային ռեակտորների։ IN նավերի ռեակտորներհովացուցիչ նյութի ճնշումը իրականացվում է պատյանով: Ընդհանուր հովացուցիչ հոսքը հոսում է ռեակտորի նավի ներսում: IN ալիքային ռեակտորներՀովացուցիչ նյութը յուրաքանչյուր ալիքին մատակարարվում է վառելիքի հավաքակազմով առանձին: Ռեակտորի անոթը բեռնված չէ հովացուցիչ նյութի ճնշմամբ, այս ճնշումն իրականացվում է յուրաքանչյուր առանձին ալիքով:

Կախված իրենց նպատակից՝ միջուկային ռեակտորները կարող են լինել ուժային ռեակտորներ, փոխարկիչներ և բուծիչներ, հետազոտական ​​և բազմաֆունկցիոնալ, տրանսպորտային և արդյունաբերական:

Միջուկային էներգիայի ռեակտորներօգտագործվում են ատոմակայաններում, նավերի էլեկտրակայաններում, միջուկային համակցված ջերմաէլեկտրակայաններում (CHP), ինչպես նաև միջուկային ջերմամատակարարման կայաններում (ՀՏ) էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Բնական ուրանի և թորիումից երկրորդային միջուկային վառելիք արտադրելու համար նախատեսված ռեակտորները կոչվում են փոխարկիչներկամ բուծողները. Փոխարկիչի ռեակտորում երկրորդային միջուկային վառելիքը արտադրում է ավելի քիչ, քան սկզբում սպառվել է: Սելեկցիոն ռեակտորում իրականացվում է միջուկային վառելիքի ընդլայնված վերարտադրություն, այսինքն. ստացվում է ավելին, քան ծախսվել է։

Հետազոտական ​​ռեակտորներծառայում է նյութի հետ նեյտրոնների փոխազդեցության գործընթացների, նեյտրոնային և գամմա ճառագայթման ինտենսիվ դաշտերում ռեակտորային նյութերի վարքագծի ուսումնասիրության, ռադիոքիմիական և կենսաբանական հետազոտությունների, իզոտոպների արտադրության, միջուկային ռեակտորների ֆիզիկայի փորձարարական հետազոտության համար։ Ռեակտորներն ունեն տարբեր հզորություններ, անշարժ կամ իմպուլսային աշխատանքային ռեժիմներ: Առավել տարածված են ճնշված ջրի հետազոտական ​​ռեակտորները, որոնք օգտագործում են հարստացված ուրան: Հետազոտական ​​ռեակտորների ջերմային հզորությունը տատանվում է լայն տիրույթում և հասնում է մի քանի հազար կիլովատների։

ԲազմաֆունկցիոնալՌեակտորները, որոնք ծառայում են բազմաթիվ նպատակների, ինչպիսիք են էներգիա արտադրելը և միջուկային վառելիք արտադրելը, կոչվում են ռեակտորներ։

Միջուկային էներգիա. կողմ և դեմ

Ժամանակակից քաղաքակրթությունն անհնար է պատկերացնել առանց էլեկտրական էներգիայի: Էլեկտրաէներգիայի արտադրությունն ու օգտագործումը տարեցտարի ավելանում է, բայց ապագա էներգետիկ սովի ուրվականն արդեն իսկ երևում է մարդկության առջև՝ հանածո վառելիքի հանքավայրերի սպառման և էլեկտրաէներգիա ստանալու ժամանակ շրջակա միջավայրի կորուստների ավելացման պատճառով:
Միջուկային ռեակցիաներում թողարկվող էներգիան միլիոնավոր անգամ ավելի մեծ է, քան սովորական քիմիական ռեակցիաների (օրինակ՝ այրման ռեակցիաների) արդյունքում ստացված էներգիան, այնպես որ միջուկային վառելիքի ջերմային արժեքը անչափ ավելի մեծ է, քան սովորական վառելիքինը: Էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար միջուկային վառելիքի օգտագործումը չափազանց գայթակղիչ գաղափար է:
Ատոմակայանների (ԱԷԿ) առավելությունները ՋԷԿ-երի և հիդրոէլեկտրակայանների (ՀԷԿ) նկատմամբ ակնհայտ են. չկան թափոններ, չկան գազի արտանետումներ, կարիք չկա հսկայական շինարարություն իրականացնել, ամբարտակներ կառուցել և. թաղել բերրի հողերը ջրամբարների հատակին. Թերևս ատոմակայաններից էկոլոգիապես մաքուր միակը էլեկտրակայաններն են, որոնք օգտագործում են արևային կամ քամու էներգիա: Բայց և՛ հողմային տուրբինները, և՛ արևային էլեկտրակայանները դեռևս ցածր էներգիա ունեն և չեն կարող բավարարել մարդկանց էժան էլեկտրաէներգիայի կարիքները, և այդ կարիքն ավելի ու ավելի արագ է աճում: Եվ այնուամենայնիվ, ատոմակայանների կառուցման և շահագործման իրագործելիությունը հաճախ կասկածի տակ է դրվում շրջակա միջավայրի և մարդկանց վրա ռադիոակտիվ նյութերի վնասակար ազդեցության պատճառով:

Միջուկային էներգիայի զարգացման համաշխարհային փորձը և հեռանկարները

ՄԱԳԱՏԷ-ի տվյալներով՝ ներկայումս աշխարհում էլեկտրաէներգիայի ավելի քան 18%-ն արտադրվում է միջուկային ռեակտորներով, որոնք, ավելին, ի տարբերություն հանածո վառելիքով աշխատող էլեկտրակայանների, չեն աղտոտում մթնոլորտը։ Ատոմային էներգիայի անհերքելի առավելությունը դրա արժեքն է, որն ավելի ցածր է, քան մյուս տեսակի էլեկտրակայանները: Տարբեր գնահատականներով՝ աշխարհում կա մոտ 440 միջուկային ռեակտոր՝ ավելի քան 365 հազար ՄՎտ ընդհանուր հզորությամբ, որոնք տեղակայված են ավելի քան 30 երկրներում։ Ներկայումս 12 երկրներում կառուցվում է 29 ռեակտոր՝ մոտ 25 հազար ՄՎտ ընդհանուր հզորությամբ։

Ըստ ՄԱԳԱՏԷ-ի փորձագետների, մինչև 2030 թվականը համաշխարհային էներգիայի կարիքները կավելանան առնվազն 50-60 տոկոսով: Էներգիայի սպառման աճին զուգընթաց տեղի է ունենում ամենահեշտ հասանելի և հարմար օրգանական էներգակիրների՝ գազի և նավթի աղետալի արագ սպառումը։ Ըստ կանխատեսումների հաշվարկների, ինչպես նշում է պետության ղեկավարին առընթեր տեղեկատվական-վերլուծական կենտրոնը, նրանց պաշարների ժամկետը 50-100 տարի է։ Էներգառեսուրսների աճող պահանջարկն անխուսափելիորեն հանգեցնում է դրանց աստիճանական թանկացման։

Միջուկային էներգիան աշխարհի էներգիայի մատակարարման հիմնական աղբյուրներից մեկն է։ Նույն Ատոմային էներգիայի միջազգային գործակալության տվյալներով՝ միայն 2000–2005 թթ. շահագործման է հանձնվել 30 նոր ռեակտոր։ Հիմնական արտադրող հզորությունները կենտրոնացած են Արևմտյան Եվրոպայում և ԱՄՆ-ում։

Ռուսաստանի Դաշնության Կառավարության 2003 թվականի օգոստոսի 28-ի թիվ 1234-r որոշմամբ հաստատված մինչև 2020 թվականը ընկած ժամանակահատվածի Ռուսաստանի էներգետիկ ռազմավարությունը սահմանում է վառելիքաէներգետիկ հաշվեկշռի զարգացման նպատակները, խնդիրները, հիմնական ուղղությունները և պարամետրերը: , որը նախատեսում է հաղթահարել ներքին էներգետիկ շուկայում բնական գազի գերիշխանության միտումը վառելիքի և էներգիայի պաշարների ընդհանուր սպառման մեջ նրա մասնաբաժնի նվազմամբ, մասնավորապես ատոմային և հիդրոէլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիայի արտադրության ավելացմամբ (10,8-ից մինչև 12): %)։

Վառելիքաէներգետիկ հաշվեկշռի օպտիմալացման արդյունքում առաջնահերթություններ են սահմանվել արտադրող հզորությունների տարածքային տեղակայման համար. Ռուսաստանի եվրոպական մասում նպատակահարմար է զարգացնել էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերությունը՝ առկա ջերմային էներգիայի տեխնիկական վերազինման միջոցով։ կայաններ, համակցված ցիկլով էլեկտրակայանների ստեղծում և ատոմակայանների առավելագույն զարգացում, որոնք մեծապես կփակեն այս տարածաշրջանի էլեկտրաէներգիայի ավելացած կարիքները։

Տնտեսության զարգացման լավատեսական սցենարովԱԷԿ-ի էներգիայի արտադրությունը 2010 թվականին պետք է ավելանա մինչև 200 միլիարդ կՎտժ (1,4 անգամ), իսկ 2020 թվականին՝ մինչև 300 միլիարդ կՎտժ (2 անգամ): Բացի այդ, նախատեսվում է ատոմային էներգիայի աղբյուրներից ջերմային էներգիայի արտադրությունը զարգացնել տարեկան մինչև 30 մլն Գկալ։

Տնտեսության զարգացման չափավոր տարբերակով 2020 թվականին ատոմակայաններում էլեկտրաէներգիայի արտադրության կարիքը կարող է հասնել մինչև 230 միլիարդ կՎտ/ժամի։ Ատոմակայաններում էներգիայի արտադրությունը մինչև 270 միլիարդ կՎտ/ժ ավելացնելու հնարավորությունը կապված է ատոմակայանների՝ պոմպային պահեստային էլեկտրակայանների ստեղծման, ջերմային էներգիայի արտադրության և սպառման ծավալների ավելացման հետ այն տարածքներում, որտեղ առկա և նոր ատոմակայաններ և ատոմակայանները տեղակայված են (տարեկան մինչև 30 մլն Գկալ), ինչպես նաև գազատարների տեղափոխման հետ կապված հիմնական խողովակաշարերը ատոմակայաններից էլեկտրաշարժման համար, էներգատար արդյունաբերության զարգացում (ալյումին, հեղուկ գազ, սինթետիկ հեղուկ վառելիք): և այլն):

Ռուսաստանի եվրոպական մասի ատոմակայաններում էլեկտրաէներգիայի արտադրության մասնաբաժինը մինչև 2020 թվականը կավելանա մինչև 32 տոկոս։

Ռուսաստանում էլեկտրաէներգիայի արտադրության ավելի քան 2% աճի տեմպերով, ատոմային էներգիան առաքելություն ունի ապահովելու ավելի քան 4% էներգիայի արտադրության տարեկան աճ՝ էլեկտրաէներգիայի արտադրության մինչև 8 միլիարդ կՎտժ և ջերմության աճի տեմպերով։ տարեկան մինչև 1,5 միլիոն Գկալ:

Ռուսական ատոմային էներգետիկայի համալիրն ունի դինամիկ զարգացման ներուժ՝ մինչև 2020 թվականն ընկած ժամանակահատվածում Ռուսաստանի էներգետիկ ռազմավարությամբ սահմանված պարամետրերի համաձայն։

ԽՍՀՄ պետական ​​պլանավորումը 20-րդ դարի 80-ական թվականներին 21-րդ դարի սկզբին որոշեց Ռուսաստանում մինչև 50 ԳՎտ հզորությամբ ատոմակայանների ստեղծումը տարեկան մինչև 2 ԳՎտ աճով և մինչև 40 միլիոն ջերմային արտադրությամբ: Գկալ տարեկան: Բացի այդ, նախատեսվում էր ատոմակայան-պոմպային պահեստային էլեկտրակայանների կառուցում (մինչև 10 ԳՎտ առավելագույն հզորությամբ): Փաստորեն, շահագործման է հանձնվել ատոմակայանի նախատեսված հզորության մոտ կեսը (իրականացված աճի տեմպը տարեկան մինչև 1 ԳՎտ է)։ Ներկայումս շուրջ 20 ԳՎտ ընդհանուր հզորությամբ ավելի քան երկու տասնյակ ատոմային էներգաբլոկներ գտնվում են անավարտ շինարարության տարբեր փուլերում (ներդրումները կազմում են ավելի քան $2,5 մլրդ կամ այդ հզորությունների ստեղծման ընդհանուր կապիտալ ծախսերի մոտ 15%-ը)։

Առավելագույն պահանջարկի սցենարում էլեկտրաէներգիայի և ջերմության սպառման կանխատեսված մակարդակներն ապահովելու համար անհրաժեշտ է ընթացիկ տասնամյակում գործարկել մինչև 6 ԳՎտ ատոմակայանների արտադրող հզորություններ (Կալինին ԱԷԿ-ի 3 էներգաբլոկ, Կուրսկի 5 էներգաբլոկ ԱԷԿ, Վոլգոդոնսկի ԱԷԿ-ի 2-րդ էներգաբլոկը, Բալակովո ԱԷԿ-ի 5-րդ և 6-րդ էներգաբլոկը, Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի 4-րդ էներգաբլոկը և առնվազն 15 ԳՎտ մինչև 2020 թվականը (հաշվի առնելով առաջին սերնդի էներգաբլոկների վերարտադրությունը՝ 5,7 ԳՎտ): ), ինչպես նաև մինչև 2 ԳՎտ ատոմակայաններ։ Արդյունքում Ռուսաստանում ատոմակայանների ընդհանուր դրվածքային հզորությունը պետք է հասցվի 40 ԳՎտ-ի՝ մոտ 85% միջին հզորության գործակցի (զարգացած ատոմային էներգիա ունեցող առաջատար երկրների մակարդակը)։

Շարունակություն
--PAGE_BREAK--

Ըստ այդմ՝ ատոմային էներգիայի զարգացման հիմնական նպատակներն են.

Գործող ատոմակայանների էներգաբլոկների շահագործման ժամկետի արդիականացում և երկարացում 10-20 տարով.

Ատոմակայանների էներգիայի արտադրության և էներգիայի օգտագործման արդյունավետության բարձրացում;

Ատոմակայաններից ռադիոակտիվ թափոնների վերամշակման համալիրների և ճառագայթված միջուկային վառելիքի հետ աշխատելու համակարգի ստեղծում.

Թոշակի անցած առաջին սերնդի էներգաբլոկների վերարտադրումը, այդ թվում՝ վերանորոգման միջոցով՝ դրանց երկարացված ծառայության ժամկետի ավարտից հետո (պաշարների ժամանակին ստեղծմամբ).

Ընդլայնված հզորությունների վերարտադրություն (միջին աճի տեմպ՝ մոտավորապես 1 ԳՎտ տարեկան) և շինարարական պահուստներ ապագա ժամանակաշրջանների համար.

Խոստումնալից ռեակտորային տեխնոլոգիաների (BN-800, VVER-1500, ATPP և այլն) յուրացում՝ համապատասխան վառելիքի բազայի մշակմամբ։

Այս խնդիրների լուծումը պահանջում է շինմոնտաժային համալիրի և միջուկային էներգետիկայի զարգացում (տարեկան 0,2-ից մինչև 1,5 ԳՎտ հզորության գործարկումը բարձրացնելու համար), ինչպես նաև մարդկային ռեսուրսների ավելացում:

Ատոմային էներգիայի զարգացման ամենակարևոր գործոններն են ատոմակայաններում էներգիայի արտադրության արդյունավետության բարձրացումը՝ նվազեցնելով արտադրության միավորի ծախսերը (ներքին պահուստները) և ընդլայնելով ատոմակայաններից էներգիայի վաճառքի շուկաները (արտաքին ներուժ):

TO ատոմակայանների ներքին պաշարները(էներգիայի արտադրության մոտ 20%-ը) ներառում է.

NIUM-ի աճը մինչև 85%՝ տարեկան միջինը մինչև 2% աճի տեմպերով՝ վերանորոգման ավելի կարճ ժամանակի և շրջադարձային ժամանակաշրջանի ավելացման, վառելիքի ցիկլերի երկարացման, սարքավորումների արդիականացման և վերանորոգման ընթացքում խափանումների քանակի կրճատման շնորհիվ, ինչը կապահովի. լրացուցիչ էլեկտրաէներգիայի արտադրություն գործող ատոմակայաններում տարեկան մոտ 20 մլրդ կՎտժ (համարժեք է մինչև 3 ԳՎտ տեղադրված հզորության գործարկմանը մինչև $150/կՎտ հատուկ կապիտալ ծախսերով);

Էներգաբլոկների արդյունավետության բարձրացում՝ բարելավելով գործող ատոմակայաններում տարեկան ավելի քան 7 մլրդ կՎտ/ժ լրացուցիչ արտադրությամբ գործառնական բնութագրերը և ռեժիմները (համարժեք է 1 ԳՎտ էներգիա գործարկելու՝ մոտ $200/կՎտ հատուկ կապիտալ ծախսերով).

Նվազեցված արտադրության ծախսերը, այդ թվում՝ նվազեցնելով էներգիայի սպառումը սեփական կարիքների համար (մինչև նախագծային արժեքները մոտ 6%) և կրճատելով անձնակազմի հատուկ թիվը:

Արտաքին ներուժ- ատոմակայանների էներգիայի և էներգիայի օգտագործման համար առկա շուկաների ընդլայնում և նոր շուկաների ստեղծում (էներգիայի արտադրության ավելի քան 20%).

Ջերմային էներգիայի արտադրության և ջերմամատակարարման զարգացում (ներառյալ ատոմակայանների ստեղծումը), խոշոր քաղաքների ջերմամատակարարման համար էլեկտրական ջերմության կուտակում, ցածրորակ ջերմության թափոնների օգտագործում.

3 ԳՎտ-ից ավելի ընդհանուր հզորությամբ գազի հաղորդման համակարգերի կոմպրեսորային կայանների փոխակերպում ատոմակայաններից էլեկտրական շարժիչի, ինչը կապահովի գազի տարեկան ավելի քան 7 միլիարդ մ3 խնայողություն.

Մասնակցություն օրական բեռնվածության ժամանակացույցի անհավասարության լուսաբանմանը` ստեղծելով ատոմակայանների էներգետիկ համալիրներ` պոմպային պահեստային էլեկտրակայաններ` առավելագույն հզորություն մինչև 5 ԳՎտ;

Ատոմակայանների օգտագործմամբ ալյումինի, հեղուկ գազի, սինթետիկ հեղուկ վառելիքի, ջրածնի էներգատար արտադրության զարգացում։

Ատոմային էներգիայի զարգացման համար նախատեսված պարամետրերը որոշում են ատոմակայաններից էլեկտրաէներգիայի արտադրության սակագների չափավոր բարձրացում մինչև 2,4 ցենտ 1 կՎտ/ժ-ի դիմաց մինչև 2015թ. ՋԷԿ-ի սակագնի շահագործման բաղադրիչը (մոտ 3 ցենտ/(կՎտժ) – հիմնականում վառելիքի ծախսեր) կանխատեսվում է ավելի բարձր, քան ատոմակայանների սակագինը: Ատոմակայանների մրցունակության միջին մարժան կկազմի ավելի քան 1,5 ցենտ/(կՎտժ) կամ մոտ 30%։ Գնահատումները ցույց են տալիս, որ ատոմային էներգիայի առավելագույն զարգացումը մինչև 2020 թվականը կապահովի սպառողների համար վաճառքի սակագնի կայունացում և կկանխի ատոմակայանի շահագործման կասեցման դեպքում դրա բարձրացումը մինչև 10 տոկոս։

Ռուսաստանում ատոմային էներգիայի ռազմավարական զարգացման համար սահմանված պարամետրերի ձեռքբերումը ներառում է.

Ատոմակայանների արդյունավետության առավելագույնի հասցնելու, ատոմակայանների հզորությունների վերարտադրության (վերանորոգման) և զարգացման ներուժը.

Տնտեսության պետական ​​ատոմային էներգետիկայի ոլորտում երկարաժամկետ ներդրումային քաղաքականություն.

Բավարար և ժամանակին ներդրումների արդյունավետ աղբյուրներ և մեխանիզմներ:

Ռուսաստանում միջուկային էներգիայի ապագա զարգացման հնարավոր հնարավորությունները, հիմնական սկզբունքները և ուղղությունները, հաշվի առնելով վառելիքի բազայի հնարավորությունները, որոշվում են 21-րդ դարի առաջին կեսին Ռուսաստանում միջուկային էներգիայի զարգացման ռազմավարությամբ, որը հաստատվել է. Ռուսաստանի Դաշնության Կառավարության կողմից 2000 թ.

Բնական ուրանի հետախուզված և պոտենցիալ պաշարները, ուրանի և պլուտոնիումի կուտակված պաշարները, առկա միջուկային վառելիքի ցիկլային հզորությունները տնտեսապես առողջ ներդրումային և արտահանման-ներմուծման քաղաքականությամբ ապահովում են միջուկային էներգիայի առավելագույն զարգացումը մինչև 2030 թվականը, օգտագործելով հիմնականում VVER տիպի ռեակտորները բաց միջուկային վառելիքի ցիկլում: .

Ատոմային էներգիայի երկարաժամկետ զարգացման հեռանկարները կապված են միջուկային վառելիքի ռեսուրսների նորացման և վերականգնման իրական հնարավորության հետ՝ չկորցնելով միջուկային էներգիայի մրցունակությունն ու անվտանգությունը։ Արդյունաբերական տեխնոլոգիական քաղաքականությունը նախատեսում է 2010-2030 թվականներին չորրորդ սերնդի միջուկային էներգիայի նոր տեխնոլոգիաների էվոլյուցիոն ներդրում արագ ռեակտորների վրա՝ փակ միջուկային վառելիքի ցիկլերով և ուրան-պլուտոնիումային վառելիքով, ինչը տեսանելի ապագայում վերացնում է վառելիքի հումքի սահմանափակումները:

Ատոմային էներգիայի զարգացումը կօպտիմալացնի վառելիքի և էներգետիկ ռեսուրսների հավասարակշռությունը, կզսպի սպառողների համար էլեկտրաէներգիայի և ջերմային էներգիայի թանկացումը, ինչպես նաև կնպաստի տնտեսական և ՀՆԱ-ի արդյունավետ աճին, երկարաժամկետ էներգիայի զարգացման տեխնոլոգիական ներուժի ավելացմանը։ անվտանգ և ծախսարդյունավետ ատոմակայանների վերաբերյալ։

Էկոլոգիա

Եթե ​​նույնիսկ ատոմակայանը աշխատում է անթերի եւ առանց նվազագույն խափանումների, ապա դրա շահագործումն անխուսափելիորեն հանգեցնում է ռադիոակտիվ նյութերի կուտակման։ Ուստի մարդիկ պետք է լուծեն մի շատ լուրջ խնդիր, որի անունը թափոնների անվտանգ պահեստավորում է։

Էներգիայի արտադրության հսկայական մասշտաբով ցանկացած արդյունաբերության թափոնները, տարբեր ապրանքներ և նյութեր, հսկայական խնդիր են ստեղծում։ Մեր մոլորակի շատ տարածքներում շրջակա միջավայրի և մթնոլորտի աղտոտվածությունը մտահոգություն և մտահոգություն է առաջացնում: Խոսքը բուսական ու կենդանական աշխարհը ոչ թե սկզբնական տեսքով, այլ գոնե բնապահպանական նվազագույն չափորոշիչների սահմաններում պահպանելու հնարավորության մասին է։

Ռադիոակտիվ թափոններ առաջանում են միջուկային ցիկլի գրեթե բոլոր փուլերում։ Դրանք կուտակվում են հեղուկ, պինդ և գազային նյութերի տեսքով՝ ակտիվության և կոնցենտրացիայի տարբեր մակարդակներով։ Թափոնների մեծ մասը ցածր մակարդակի է. ջուր, որն օգտագործվում է ռեակտորի գազերի և մակերեսների մաքրման համար, ձեռնոցներ և կոշիկներ, աղտոտված գործիքներ և այրված լամպեր ռադիոակտիվ սենյակներից, սպառված սարքավորումներ, փոշի, գազի զտիչներ և շատ ավելին:

Գազերը և աղտոտված ջուրը անցնում են հատուկ զտիչներով, մինչև հասնեն մթնոլորտային օդի և խմելու ջրի մաքրությանը: Զտիչները, որոնք դարձել են ռադիոակտիվ, վերամշակվում են կոշտ թափոնների հետ միասին: Դրանք խառնվում են ցեմենտի հետ և վերածվում բլոկների կամ տաք բիտումի հետ միասին լցնում պողպատե տարաների մեջ։

Երկարաժամկետ պահեստավորման համար պատրաստվելը ամենադժվարը բարձր մակարդակի թափոններն են: Լավագույնն այն է, որ նման «աղբը» վերածվի ապակու և կերամիկայի: Դրա համար թափոնները կալցինացվում են և միաձուլվում նյութերի հետ, որոնք կազմում են ապակե-կերամիկական զանգված: Հաշվարկված է, որ նման զանգվածի մակերեսային շերտի 1 մմ ջրում լուծելու համար կպահանջվի առնվազն 100 տարի։

Ի տարբերություն շատ քիմիական թափոնների, ռադիոակտիվ թափոնների վտանգները ժամանակի ընթացքում նվազում են։ Ռադիոակտիվ իզոտոպների մեծ մասի կիսամյակը մոտավորապես 30 տարի է, ուստի 300 տարվա ընթացքում դրանք գրեթե ամբողջությամբ կվերանան: Այսպիսով, ռադիոակտիվ թափոնների վերջնական հեռացման համար անհրաժեշտ է կառուցել այնպիսի երկարաժամկետ պահեստարաններ, որոնք հուսալիորեն կմեկուսացնեն թափոնները շրջակա միջավայր ներթափանցումից մինչև ռադիոնուկլիդների ամբողջական քայքայումը: Նման պահեստարանները կոչվում են թաղման վայրեր:

Պետք է հաշվի առնել, որ բարձր մակարդակի թափոնները երկար ժամանակ զգալի քանակությամբ ջերմություն են առաջացնում։ Հետևաբար, ամենից հաճախ դրանք տեղափոխվում են երկրակեղևի խորը գոտիներ: Պահեստավորման օբյեկտի շուրջ ստեղծվել է վերահսկվող գոտի, որտեղ սահմանափակումներ են մտցվում մարդկանց գործունեության, ներառյալ հորատման և հանքարդյունաբերության վրա:

Առաջարկվել է ռադիոակտիվ թափոնների խնդրի լուծման մեկ այլ տարբերակ՝ դրանք տիեզերք ուղարկելը։ Իրոք, թափոնների ծավալը փոքր է, ուստի դրանք կարող են տեղափոխվել տիեզերական ուղեծրեր, որոնք չեն հատվում Երկրի ուղեծրի հետ, և ռադիոակտիվ աղտոտումը ընդմիշտ կվերացվի: Այնուամենայնիվ, այս երթուղին մերժվել էր՝ կապված որևէ խնդրի առաջացման դեպքում մեկնարկային մեքենայի անսպասելի Երկիր վերադառնալու ռիսկի հետ:

Որոշ երկրներ լրջորեն դիտարկում են օվկիանոսների խորքային ջրերում պինդ ռադիոակտիվ թափոնները թաղելու մեթոդը։ Այս մեթոդը տպավորում է իր պարզությամբ և ծախսարդյունավետությամբ: Այնուամենայնիվ, այս մեթոդը լուրջ առարկություններ է առաջացնում՝ հիմնված ծովի ջրի քայքայիչ հատկությունների վրա: Մտավախություններ կան, որ կոռոզիան արագ կկործանի բեռնարկղերի ամբողջականությունը, և ռադիոակտիվ նյութերը կմտնեն ջուր, իսկ ծովային հոսանքները կտարածեն ակտիվությունը ծովով մեկ:

Ատոմակայանների շահագործումն ուղեկցվում է ոչ միայն ճառագայթային աղտոտման վտանգով, այլև շրջակա միջավայրի վրա այլ տիպի ազդեցություններով։ Հիմնական ազդեցությունը ջերմային ազդեցությունն է: Մեկուկես-երկու անգամ ավելի բարձր է ՋԷԿ-երից։

Ատոմակայանի շահագործման ժամանակ առաջանում է կեղտաջրերի գոլորշիների սառեցման անհրաժեշտություն։ Ամենապարզ միջոցը գետի, լճի, ծովի կամ հատուկ կառուցված լողավազանների ջրով սառեցնելն է: 5–15 °C-ով տաքացած ջուրը վերադառնում է նույն աղբյուրը։ Բայց այս մեթոդն իր հետ կրում է ատոմակայանների տեղակայման վայրերում ջրային միջավայրում բնապահպանական իրավիճակի վատթարացման վտանգը։

Ավելի լայնորեն կիրառվում է հովացման աշտարակ օգտագործող ջրամատակարարման համակարգը, որտեղ ջուրը սառչում է մասնակի գոլորշիացման և հովացման պատճառով:

Փոքր կորուստները համալրվում են քաղցրահամ ջրի մշտական ​​համալրմամբ։ Նման հովացման համակարգով մթնոլորտ է արտանետվում հսկայական քանակությամբ ջրային գոլորշի և կաթիլային խոնավություն: Դա կարող է հանգեցնել տեղումների քանակի ավելացման, մառախուղի առաջացման հաճախականության, ամպամածության։

Վերջին տարիներին սկսել է կիրառվել ջրային գոլորշիների օդային հովացման համակարգ։ Այս դեպքում ջրի կորուստ չկա, և այն առավել էկոլոգիապես մաքուր է: Այնուամենայնիվ, նման համակարգը չի աշխատում բարձր միջին միջավայրի ջերմաստիճանում: Բացի այդ, էլեկտրաէներգիայի արժեքը զգալիորեն բարձրանում է։

Եզրակացություն

Էներգետիկ խնդիրը ամենակարեւոր խնդիրներից է, որն այսօր մարդկությունը պետք է լուծի։ Գիտության և տեխնոլոգիաների այնպիսի նվաճումներ, ինչպիսիք են ակնթարթային հաղորդակցությունը, արագ տրանսպորտը և տիեզերքի հետախուզումը, արդեն սովորական են դարձել: Բայց այս ամենը հսկայական էներգիա է պահանջում։ Էներգիայի արտադրության և սպառման կտրուկ աճը առաջ է բերել շրջակա միջավայրի աղտոտման նոր սուր խնդիր, որը լուրջ վտանգ է ներկայացնում մարդկության համար։

Առաջիկա տասնամյակների ընթացքում համաշխարհային էներգետիկ կարիքները արագորեն կավելանան: Էներգիայի որևէ աղբյուր չի կարողանա դրանք ապահովել, ուստի անհրաժեշտ է զարգացնել էներգիայի բոլոր աղբյուրները և արդյունավետ օգտագործել էներգետիկ ռեսուրսները:

Էներգետիկայի զարգացման հաջորդ փուլում (21-րդ դարի առաջին տասնամյակները) ածխի էներգիան և միջուկային էներգիան ջերմային և արագ նեյտրոնային ռեակտորներով կմնան ամենահեռանկարայինը։ Այնուամենայնիվ, մենք կարող ենք հուսալ, որ մարդկությունը կանգ չի առնի առաջընթացի ճանապարհին, որը կապված է էներգիայի անընդհատ աճող քանակությամբ սպառման հետ:

Մատենագիտություն

1) Կեսլեր «Միջուկային էներգիա» Մոսկվա: Էներգոիզդատ, 1986 թ.

2) Խ.Մարգուլովա «Միջուկային էներգիան այսօր և վաղը» Մոսկվա. Բարձրագույն դպրոց, 1989 թ.

3) J. Collier, J. Hewitt «Ներածություն միջուկային էներգիային» Մոսկվա. Energoatomizdat, 1989 թ.

Քսաներորդ դարը նշանավորվեց ատոմների միջուկներում պարունակվող էներգիայի նոր տեսակի զարգացմամբ և դարձավ միջուկային ֆիզիկայի դար։ Այս էներգիան շատ անգամ ավելի մեծ է, քան մարդկության կողմից իր պատմության ընթացքում օգտագործված վառելիքի էներգիան:

Արդեն 1939 թվականի կեսերին ամբողջ աշխարհի գիտնականները միջուկային ֆիզիկայի բնագավառում ունեին կարևոր տեսական և փորձարարական հայտնագործություններ, որոնք հնարավորություն տվեցին առաջ քաշել լայնածավալ հետազոտական ​​ծրագիր այս ուղղությամբ: Պարզվեց, որ ուրանի ատոմը կարելի է բաժանել երկու մասի։ Սա հսկայական քանակությամբ էներգիա է ազատում: Բացի այդ, տրոհման գործընթացում նեյտրոններ են արձակվում, որոնք իրենց հերթին կարող են պառակտել ուրանի մյուս ատոմները և առաջացնել միջուկային շղթայական ռեակցիա։ Ուրանի միջուկային տրոհման ռեակցիան շատ արդյունավետ է և զգալիորեն գերազանցում է ամենակատաղի քիմիական ռեակցիաները: Եկեք համեմատենք ուրանի ատոմը և պայթուցիկի մոլեկուլը՝ տրինիտրոտոլուենը (TNT): TNT-ի մոլեկուլի քայքայումը արձակում է 10 էլեկտրոն վոլտ էներգիա, իսկ ուրանի միջուկի քայքայումից՝ 200 միլիոն էլեկտրոն վոլտ, այսինքն՝ 20 միլիոն անգամ ավելի:

Այս հայտնագործությունները գիտական ​​աշխարհում սենսացիա ստեղծեցին. մարդկության պատմության մեջ իր հետևանքներով ավելի նշանակալից գիտական ​​իրադարձություն չկա, քան ատոմի ներթափանցումն աշխարհ և նրա էներգիայի տիրապետումը: Գիտնականները հասկացել են, որ դրա հիմնական նպատակը էլեկտրաէներգիա արտադրելն ու այլ խաղաղ վայրերում օգտագործելն է։ 1954 թվականին Օբնինսկում ԽՍՀՄ-ում 5 ՄՎտ հզորությամբ աշխարհում առաջին արդյունաբերական ատոմակայանի գործարկումով սկսվեց միջուկային էներգիայի դարաշրջանը։ Էլեկտրաէներգիայի արտադրության աղբյուրը ուրանի միջուկների տրոհումն էր։

Առաջին ատոմակայանների շահագործման փորձը ցույց տվեց արդյունաբերական էլեկտրաէներգիայի արտադրության միջուկային էներգիայի տեխնոլոգիայի իրականությունն ու հուսալիությունը։ Զարգացած արդյունաբերական երկրները սկսել են նախագծել և կառուցել տարբեր տեսակի ռեակտորներով ատոմակայաններ։ 1964 թվականին աշխարհում ատոմակայանների ընդհանուր հզորությունն ավելացել է մինչև 5 միլիոն կՎտ։

Այդ ժամանակվանից սկսվեց միջուկային էներգիայի բուռն զարգացումը, որն ավելի ու ավելի նշանակալից ներդրում ունենալով աշխարհում էլեկտրաէներգիայի ընդհանուր արտադրության մեջ, դարձավ նոր խոստումնալից էներգետիկ այլընտրանք։ Ատոմակայանների կառուցման պատվերների բում սկսվեց ԱՄՆ-ում, իսկ ավելի ուշ՝ Արևմտյան Եվրոպայում, Ճապոնիայում և ԽՍՀՄ-ում։ Ատոմային էներգիայի աճի տեմպերը հասել են տարեկան մոտ 30%-ի։ Արդեն 1986 թվականին աշխարհում ատոմակայաններում գործում էր 365 էներգաբլոկ՝ 253 մլն կՎտ ընդհանուր դրվածքային հզորությամբ։ Գրեթե 20 տարվա ընթացքում ատոմակայանների հզորությունն աճել է 50 անգամ։ Ատոմակայանների կառուցումն իրականացվել է 30 երկրներում (նկ. 1.1):

Այդ ժամանակ աշխարհահռչակ գիտնականների հեղինակավոր համայնքի՝ Հռոմի ակումբի հետազոտությունները լայն ճանաչում էին ձեռք բերել։ Հետազոտությունների հեղինակների եզրակացությունները հանգում էին օրգանական էներգետիկ ռեսուրսների, այդ թվում՝ նավթի, համաշխարհային տնտեսության բանալիների բնական պաշարների բավականին խիստ սպառման անխուսափելիությանը և մոտ ապագայում դրանց գների կտրուկ աճին: Հաշվի առնելով դա՝ միջուկային էներգիան ավելի լավ ժամանակ չէր կարող գալ: Միջուկային վառելիքի պոտենցիալ պաշարները (2 8 U, 2 5 U, 2 2 Th) երկարաժամկետ հեռանկարում լուծեցին ատոմային էներգիայի զարգացման տարբեր սցենարներով վառելիքի մատակարարման կենսական խնդիրը:

Ատոմային էներգիայի զարգացման պայմանները չափազանց բարենպաստ էին, լավատեսություն էին ներշնչում նաև ատոմակայանների տնտեսական ցուցանիշները՝ ատոմակայաններն արդեն կարող էին հաջողությամբ մրցակցել ՋԷԿ-երի հետ։

Միջուկային էներգիան հնարավորություն տվեց նվազեցնել հանածո վառելիքի սպառումը և կտրուկ նվազեցնել ջերմային էլեկտրակայաններից շրջակա միջավայր աղտոտող նյութերի արտանետումները:

Ատոմային էներգիայի զարգացումը հիմնված էր ռազմարդյունաբերական համալիրի հաստատված էներգետիկ հատվածի վրա՝ բավականին լավ զարգացած արդյունաբերական ռեակտորներ և սուզանավերի ռեակտորներ՝ օգտագործելով միջուկային վառելիքի ցիկլը (NFC) արդեն ստեղծված այդ նպատակների համար, ձեռք բերված գիտելիքներն ու զգալի փորձը: Միջուկային էներգետիկան, որն ուներ պետական ​​հսկայական աջակցություն, հաջողությամբ տեղավորվեց գործող էներգետիկ համակարգում՝ հաշվի առնելով այս համակարգին բնորոշ կանոններն ու պահանջները։

Էներգետիկ անվտանգության խնդիրը, որը սրվեց 20-րդ դարի 70-ական թթ. Նավթի գների կտրուկ աճի հետևանքով առաջացած էներգետիկ ճգնաժամի հետ կապված՝ դրա մատակարարման կախվածությունը քաղաքական իրավիճակից ստիպեց շատ երկրների վերանայել իրենց էներգետիկ ծրագրերը։ Միջուկային էներգիայի զարգացումը, նվազեցնելով հանածո վառելիքի սպառումը, նվազեցնում է այն երկրների էներգետիկ կախվածությունը, որոնք չունեն կամ սահմանափակել են իրենց վառելիքն ու էներգիան։

դրանց ներմուծումից ստացվող ռեսուրսները և ամրապնդում է այդ երկրների էներգետիկ անվտանգությունը։

Ատոմային էներգիայի արագ զարգացման գործընթացում միջուկային էներգիայի երկու հիմնական տիպերից՝ ջերմային և արագ նեյտրոններից, ջերմային նեյտրոնային ռեակտորները դարձել են աշխարհում ամենատարածվածը։

Տարբեր երկրների կողմից մշակված տարբեր մոդերատորներով և հովացուցիչ նյութերով ռեակտորների տեսակներն ու դիզայնը դարձել են ազգային միջուկային էներգիայի հիմքը: Այսպիսով, ԱՄՆ-ում ճնշված ջրի ռեակտորներն ու եռացող ջրի ռեակտորները դարձան հիմնականը, Կանադայում՝ բնական ուրան օգտագործող ծանր ջրի ռեակտորները, նախկին ԽՍՀՄ-ում՝ ճնշված ջրի ռեակտորներ (VVER) և ուրանոգրաֆիտ եռացող ջրի ռեակտորներ (RBMK), միավոր։ ավելացել է ռեակտորների հզորությունը. Այսպիսով, 1000 ՄՎտ էլեկտրական հզորությամբ RBMK-1000 ռեակտորը տեղադրվել է Լենինգրադի ատոմակայանում 1973 թվականին: Խոշոր ատոմակայանների, օրինակ Զապորոժյեի ատոմակայանի (Ուկրաինա) հզորությունը հասել է 6000 ՄՎտ-ի:

Նկատի ունենալով, որ ատոմակայանների բլոկները գործում են գրեթե մշտական ​​հզորությամբ, ծածկ

Three Mile Island ատոմային էլեկտրակայան (ԱՄՆ)

Ինտեգրված էներգահամակարգերի օրական բեռնվածության գրաֆիկի հիմնական մասը, ատոմակայաններին զուգահեռ ամբողջ աշխարհում կառուցվել են բարձր մանևրելու հնարավորություն ունեցող պոմպային պահեստային էլեկտրակայաններ՝ ծածկելու գրաֆիկի փոփոխական մասը և փակելու բեռնվածության գրաֆիկի գիշերային բացը:

Ատոմային էներգիայի զարգացման բարձր տեմպերը չեն համապատասխանում դրա անվտանգության մակարդակին։ Ելնելով ատոմային էլեկտրակայանների շահագործման փորձից, գործընթացների և հնարավոր հետևանքների գիտատեխնիկական ըմբռնման բարձրացման վրա՝ անհրաժեշտություն առաջացավ վերանայել տեխնիկական պահանջները, ինչը առաջացրեց կապիտալ ներդրումների և գործառնական ծախսերի ավելացում։

Միջուկային էներգիայի զարգացմանը լուրջ հարված հասցրեց 1979 թվականին ԱՄՆ-ի Three Mile Island ատոմակայանում, ինչպես նաև մի շարք այլ օբյեկտներում տեղի ունեցած ծանր վթարը, որը հանգեցրեց անվտանգության պահանջների արմատական ​​վերանայմանը, խստացմանը: գոյություն ունեցող կանոնակարգերի և ամբողջ աշխարհում ատոմակայանների զարգացման ծրագրերի վերանայման արդյունքում հսկայական բարոյական և նյութական վնաս հասցրեց ատոմային էներգետիկայի արդյունաբերությանը: ԱՄՆ-ում, որը ատոմային էներգետիկայի առաջատարն էր, 1979 թվականին դադարեցվեցին ատոմակայանների կառուցման պատվերները, կրճատվեցին նաև դրանց շինարարությունը այլ երկրներում։

1986 թվականին Ուկրաինայի Չեռնոբիլի ատոմակայանում տեղի ունեցած դաժան վթարը միջուկային միջադեպերի միջազգային մասշտաբով որակվեց որպես ամենաբարձր՝ յոթերորդ մակարդակի վթար և հսկայական տարածքի վրա բնապահպանական աղետ, մարդկային կորուստ, հարյուր հազարավոր մարդկանց տեղահանում։ մարդիկ, խաթարեցին ատոմային էներգիայի նկատմամբ համաշխարհային հանրության վստահությունը։

«Չեռնոբիլի ողբերգությունը նախազգուշացում է. Եվ ոչ միայն միջուկային էներգետիկայում»,- ասաց ակադեմիկոս Վ.Ա. Լեգասովը, կառավարական հանձնաժողովի անդամ, առաջին տեղակալ ակադեմիկոս Ա.Պ. Ալեքսանդրովը, որը ղեկավարում էր Ի.Վ.-ի անվան ատոմային էներգիայի ինստիտուտը։ Կուրչատովան.

Շատ երկրներում դադարեցվել են ատոմային էներգետիկայի զարգացման ծրագրերը, իսկ մի շարք երկրներում ամբողջությամբ հրաժարվել են դրա զարգացման նախապես ծրագրված ծրագրերից։

Չնայած դրան, մինչև 2000 թվականը 37 երկրներում գործող ատոմակայաններն արտադրում էին էլեկտրաէներգիայի համաշխարհային արտադրության 16%-ը։

Գործող ատոմակայանների անվտանգության ապահովմանն ուղղված աննախադեպ ջանքերը դա հնարավոր դարձրին 21-րդ դարի սկզբին։ վերականգնել հանրության վստահությունը միջուկային էներգիայի նկատմամբ. Գալիս է դրա զարգացման «վերածնունդի» ժամանակը։

Ի լրումն բարձր տնտեսական արդյունավետության և մրցունակության, վառելիքի ռեսուրսների առկայության, հուսալիության և անվտանգության, կարևոր գործոններից մեկն այն է, որ միջուկային էներգիան էլեկտրաէներգիայի էկոլոգիապես ամենաբարդ աղբյուրներից մեկն է, թեև սպառված վառելիքի հեռացման խնդիրը մնում է:

Ակնհայտ է դարձել միջուկային վառելիքի վերարտադրության (բուծման) անհրաժեշտությունը, այսինքն. արագ նեյտրոնային ռեակտորների (բուծողների) կառուցում, ստացված վառելիքի վերամշակման ներդրում։ Այս ոլորտի զարգացումն ուներ տնտեսական լուրջ խթաններ և հեռանկարներ և իրականացվեց շատ երկրներում։

ԽՍՀՄ-ում սկսվեցին արագ նեյտրոնային ռեակտորների արդյունաբերական օգտագործման առաջին փորձարարական աշխատանքները

1949-ին, իսկ 1950-ականների կեսերից սկսվեց մի շարք փորձարարական ռեակտորների BR-1, BR-5, BOR-60 գործարկումը (1969), 1973-ին էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար ռեակտորի հզորությամբ 350 ՄՎտ երկակի նշանակության ատոմակայան։ և ծովի ջրի աղազրկում, 1980 թվականին գործարկվեց BN-600 արդյունաբերական ռեակտորը՝ 600 ՄՎտ հզորությամբ։

ԱՄՆ-ում այս ոլորտում իրականացվել է զարգացման լայնածավալ ծրագիր։ 1966–1972 թթ Կառուցվել է Enrico Fermi l փորձարարական ռեակտորը, իսկ 1980 թվականին շահագործման է հանձնվել աշխարհի ամենամեծ հետազոտական ​​ռեակտորը՝ FFTF-ը՝ 400 ՄՎտ հզորությամբ։ Գերմանիայում առաջին ռեակտորը սկսեց գործել 1974 թվականին, սակայն բարձր հզորության SNR-2 ռեակտորը, որը կառուցվել էր, այդպես էլ չշահագործվեց։ Ֆրանսիայում 1973 թվականին գործարկվել է 250 ՄՎտ հզորությամբ Phenix ռեակտորը, իսկ 1986 թվականին՝ 1242 ՄՎտ հզորությամբ Superphenix ռեակտորը։ Ճապոնիան շահագործման հանձնեց փորձնական Joyo ռեակտորը 1977 թվականին, իսկ 280 ՄՎտ հզորությամբ Monju ռեակտորը 1994 թվականին։

Բնապահպանական ճգնաժամի համատեքստում, որի հետ համաշխարհային հանրությունը մտավ 21-րդ դար, ատոմային էներգիան կարող է նշանակալի ներդրում ունենալ հուսալի էլեկտրամատակարարման ապահովման և շրջակա միջավայր ջերմոցային գազերի և աղտոտիչների արտանետումների կրճատման գործում:

Միջուկային էներգիան լավագույնս համապատասխանում է կայուն զարգացման միջազգայնորեն ընդունված սկզբունքներին, որոնց կարևորագույն պահանջներից մեկը երկարաժամկետ հեռանկարում կայուն սպառմամբ բավարար վառելիքի և էներգիայի պաշարների առկայությունն է:

Համաձայն 21-րդ դարում հասարակության և համաշխարհային տնտեսության զարգացման հաշվարկների և մոդելավորման վրա հիմնված կանխատեսումների՝ էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության գերիշխող դերը կմնա։ Մինչև 2030 թվականը, ըստ Էներգետիկայի միջազգային գործակալության (ՄԷԳ) կանխատեսումների, էլեկտրաէներգիայի համաշխարհային արտադրությունը կկրկնապատկվի և կգերազանցի 30 տրիլիոնը։ կՎտժ, և Ատոմային էներգիայի միջազգային գործակալության (ՄԱԳԱՏԷ) կանխատեսումների համաձայն՝ միջուկային էներգիայի «վերածնունդի» համատեքստում դրա մասնաբաժինը կաճի մինչև համաշխարհային էլեկտրաէներգիայի արտադրության 25%-ը, և 100-ից ավելի նոր ռեակտորներ կկառուցվեն ԱԷՄԳ-ում։ աշխարհում առաջիկա 15 տարիների ընթացքում, իսկ ատոմակայանների հզորությունը 2006 թվականին 370 միլիոն կՎտ-ից կհասնի 679 միլիոն կՎտ-ի 2030 թվականին:

Ներկայումս արտադրված էլեկտրաէներգիայի ընդհանուր ծավալի մեծ մասնաբաժին ունեցող երկրներն ակտիվորեն զարգացնում են միջուկային էներգիան, այդ թվում՝ ԱՄՆ-ը, Ճապոնիան, Հարավային Կորեան և Ֆինլանդիան։ Ֆրանսիան, վերակողմնորոշելով երկրի էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերությունը դեպի միջուկային էներգիա և շարունակելով զարգացնել այն, հաջողությամբ լուծեց էներգետիկ խնդիրը շատ տասնամյակներ շարունակ: Այս երկրում էլեկտրաէներգիայի արտադրության մեջ ատոմակայանների մասնաբաժինը հասնում է 80%-ի։ Ատոմային էներգիայի արտադրության դեռևս աննշան մասնաբաժին ունեցող զարգացող երկրները ատոմակայաններ են կառուցում բարձր տեմպերով։ Այսպիսով, Հնդկաստանը հայտարարել է 40 մլն կՎտ հզորությամբ ատոմակայան կառուցելու երկարաժամկետ հեռանկարում, իսկ Չինաստանը՝ ավելի քան 100 մլն կՎտ հզորությամբ ատոմակայան կառուցելու մտադրության մասին։

2006 թվականին կառուցվող 29 ատոմակայաններից 15-ը գտնվում էին Ասիայում։ Թուրքիան, Եգիպտոսը, Հորդանանը, Չիլին, Թաիլանդը, Վիետնամը, Ադրբեջանը, Լեհաստանը, Վրաստանը, Բելառուսը և այլ երկրներ ծրագրում են առաջին անգամ ատոմակայաններ շահագործման հանձնել։

Ատոմային էներգիայի հետագա զարգացումը ծրագրում է Ռուսաստանը, որը նախատեսում է մինչև 2030 թվականը կառուցել 40 մլն կՎտ հզորությամբ ատոմակայան։ Ուկրաինայում, մինչև 2030 թվականն ընկած ժամանակահատվածում Ուկրաինայի էներգետիկ ռազմավարության համաձայն, նախատեսվում է ատոմակայանի արտադրությունը հասցնել 219 միլիարդ կՎտ/ժամի՝ պահպանելով այն ընդհանուր արտադրանքի 50%-ի մակարդակում և ավելացնել ատոմակայանի հզորությունը մինչև 2030թ. գրեթե 2 անգամ՝ հասցնելով այն 29,5 մլն կՎտ-ի՝ 85% տեղադրված հզորության օգտագործման գործակիցով (IUR), այդ թվում՝ 1–1,5 մլն կՎտ հզորությամբ նոր բլոկների գործարկման և գործող ատոմային էներգիայի շահագործման ժամկետի երկարաձգման միջոցով։ կայանի բլոկները (2006 թվականին Ուկրաինայում ատոմակայանների հզորությունը կազմել է 13,8 մլն կՎտ՝ 90,2 մլրդ կՎտ/ժ էլեկտրաէներգիայի արտադրությամբ կամ ընդհանուր արտադրության մոտ 48,7%-ը)։

Շատ երկրներում շարունակվող աշխատանքները ջերմային և արագ նեյտրոնային ռեակտորների հետագա կատարելագործման ուղղությամբ կբարելավեն դրանց հուսալիությունը, տնտեսական արդյունավետությունը և շրջակա միջավայրի անվտանգությունը: Այս առումով կարեւոր է դառնում միջազգային համագործակցությունը։ Այսպիսով, GT MSR (գազային տուրբինային մոդուլային արևային հովացվող ռեակտոր) միջազգային նախագծի ներդրմամբ, որը բնութագրվում է անվտանգության և մրցունակության բարձր մակարդակով, ռադիոակտիվ թափոնների նվազագույնի հասցնելով, արդյունավետությունը կարող է աճել: մինչև 50%:

Ապագայում միջուկային էներգիայի երկու բաղադրիչ կառուցվածքի, ներառյալ ջերմային նեյտրոնային ռեակտորներով ատոմակայանների և միջուկային վառելիքը վերարտադրող արագ նեյտրոնային ռեակտորների լայն կիրառումը կբարձրացնի բնական ուրանի օգտագործման արդյունավետությունը և կնվազեցնի ուրանի կուտակման մակարդակը։ ռադիոակտիվ թափոններ.

Պետք է նշել միջուկային վառելիքի ցիկլի (NFC) միջուկային էներգիայի զարգացման կարևորագույն դերը, որն իրականում հանդիսանում է նրա համակարգ ձևավորող գործոնը։ Դա պայմանավորված է հետևյալ հանգամանքներով.

• Միջուկային վառելիքի ցիկլը պետք է ապահովված լինի բոլոր անհրաժեշտ կառուցվածքային, տեխնոլոգիական և նախագծային լուծումներով՝ անվտանգ և արդյունավետ շահագործման համար.
• Միջուկային վառելիքի ցիկլը պայման է միջուկային էներգիայի սոցիալական ընդունելիության և տնտեսական արդյունավետության և դրա համատարած օգտագործման համար.
• միջուկային վառելիքի ցիկլի զարգացումը կհանգեցնի էլեկտրաէներգիա արտադրող ատոմակայանների անվտանգության պահանջվող մակարդակի ապահովման և միջուկային վառելիքի արտադրության հետ կապված ռիսկերը նվազագույնի հասցնելու, այդ թվում՝ ուրանի արդյունահանման, փոխադրման, սպառված նյութերի վերամշակման խնդիրների համատեղման անհրաժեշտության։ միջուկային վառելիք (SNF) և ռադիոակտիվ թափոնների հեռացում (անվտանգության պահանջների միասնական համակարգ).
• ուրանի արտադրության և օգտագործման կտրուկ աճը (միջուկային վառելիքի ցիկլի սկզբնական փուլը) հանգեցնում է բնական երկարատև ռադիոնուկլիդների շրջակա միջավայր ներթափանցելու վտանգի ավելացմանը, ինչը պահանջում է վառելիքի օգտագործման արդյունավետության բարձրացում՝ նվազեցնելով դրանց քանակը։ թափոններ և վառելիքի ցիկլը փակելը:

Ատոմակայանի տնտեսական արդյունավետությունը ուղղակիորեն կախված է վառելիքի ցիկլից, ներառյալ վառելիքի լիցքավորման ժամանակի կրճատումը և վառելիքի հավաքների (ՎԱ) կատարողական բնութագրերի բարձրացումը: Հետևաբար, կարևոր է հետագա զարգացնել և բարելավել միջուկային վառելիքի ցիկլը միջուկային վառելիքի օգտագործման բարձր մակարդակի և ցածր թափոնների փակ վառելիքի ցիկլի ստեղծման միջոցով:

Ուկրաինայի էներգետիկ ռազմավարությունը նախատեսում է վառելիքի ազգային ցիկլի զարգացում։ Այսպիսով, ուրանի արտադրությունը 2030 թվականին 0,8 հազար տոննայից պետք է հասցվի 6,4 հազար տոննայի, ցիրկոնիումի, ցիրկոնիումի համաձուլվածքների և վառելիքի հավաքման բաղադրիչների ներքին արտադրությունը կզարգանա, իսկ ապագայում վառելիքի փակ ցիկլի ստեղծումը, ինչպես նաև մասնակցությունը։ միջուկային վառելիքի արտադրության միջազգային համագործակցության մեջ։ Նախատեսվում է Ուկրաինայի կորպորատիվ մասնակցությունը VVER ռեակտորների համար վառելիքի հավաքների արտադրության և Ռուսաստանում ուրանի հարստացման միջազգային կենտրոնի ստեղծման և ԱՄՆ-ի առաջարկած Միջուկային վառելիքի միջազգային բանկին Ուկրաինայի մուտքի գործում:

Ատոմային էներգիայի վառելիքի մատակարարումը մեծ նշանակություն ունի դրա զարգացման հեռանկարների համար։ Աշխարհում բնական ուրանի պահանջարկը կազմում է մոտ 60 հազար տոննա, ընդհանուր պաշարները կազմում են մոտ 16 միլիոն տոննա։

21-րդ դարում Ատոմային էներգիայի դերը կտրուկ կբարձրանա աշխարհում ավելի առաջադեմ տեխնոլոգիաների կիրառմամբ էլեկտրաէներգիայի աճող արտադրության ապահովման գործում։ Միջուկային էներգիան դեռևս չունի երկարաժամկետ հեռանկարում լուրջ մրցակից։ Իր զարգացումը լայնածավալ իրականացնելու համար այն, ինչպես արդեն նշվել է, պետք է ունենա հետևյալ հատկությունները՝ բարձր արդյունավետություն, ռեսուրսների առկայություն, էներգիայի ավելորդություն, անվտանգություն, ընդունելի շրջակա միջավայրի ազդեցություն: Առաջին երեք պահանջները կարող են բավարարվել միջուկային էներգիայի երկու բաղադրիչ կառուցվածքի միջոցով, որը բաղկացած է ջերմային և արագ ռեակտորներից: Նման կառուցվածքով հնարավոր է զգալիորեն բարձրացնել բնական ուրանի օգտագործման արդյունավետությունը, նվազեցնել դրա արտադրությունը և սահմանափակել ռադոնի ներթափանցման մակարդակը կենսոլորտ։ Անվտանգության պահանջվող մակարդակին հասնելու և երկու տեսակի ռեակտորների համար կապիտալ ծախսերը նվազեցնելու ուղիներն արդեն հայտնի են, դրանք իրականացնելու համար անհրաժեշտ է ժամանակ և գումար: Մինչ հասարակությունը գիտակցի միջուկային էներգիայի հետագա զարգացման անհրաժեշտությունը, իրականում կպատրաստվի երկու բաղադրիչ կառույցի տեխնոլոգիա, թեև դեռ շատ բան պետք է արվի ատոմակայանների և արդյունաբերության կառուցվածքի, ներառյալ վառելիքի օպտիմալացման առումով: ցիկլային ձեռնարկություններ.

Շրջակա միջավայրի վրա ազդեցության մակարդակը հիմնականում որոշվում է ռադիոնուկլիդների քանակով վառելիքի ցիկլում (ուրան, պլուտոնիում) և պահեստարաններում (Np, Am, Cm, տրոհման արտադրանք):

Կարճատև իզոտոպների ազդեցության ռիսկը, օրինակ՝ 1 1 I և 9 0 Sr, l 7 Cs, կարող է իջեցվել ընդունելի մակարդակի՝ բարձրացնելով ատոմակայանների, պահեստարանների և վառելիքի ցիկլի ձեռնարկությունների անվտանգությունը: Նման ռիսկի ընդունելիությունը գործնականում կարելի է ապացուցել։ Սակայն դժվար է ապացուցել և անհնար է ցույց տալ միլիոնավոր տարիների ընթացքում երկարատև ակտինիդների և տրոհման արտադրանքների ոչնչացման հուսալիությունը:

Անկասկած, մենք չենք կարող հրաժարվել ռադիոակտիվ թափոնների հուսալի տնօրինման ուղիների որոնումից, սակայն անհրաժեշտ է զարգացնել էներգիա ստեղծելու համար ակտինիդների օգտագործման հնարավորությունը, այսինքն. փակելով վառելիքի ցիկլը ոչ միայն ուրանի և պլուտոնիումի, այլև ակտինիդների համար (Np, Am, Cm և այլն): Ջերմային նեյտրոնային ռեակտորների համակարգում վտանգավոր երկարատև տրոհման արտադրանքի փոխակերպումը կբարդացնի միջուկային էներգիայի կառուցվածքը միջուկային վառելիքի արտադրության և վերամշակման լրացուցիչ տեխնոլոգիական գործընթացների պատճառով կամ կավելացնի ատոմակայանների տեսակները: Np, Am, Cm, այլ ակտինիդների և տրոհման արտադրանքների ներմուծումը ռեակտորի վառելիքի մեջ կբարդացնի դրանց դիզայնը, կպահանջի միջուկային վառելիքի նոր տեսակների մշակում և բացասաբար կանդրադառնա անվտանգության վրա:

Այս առումով դիտարկվում է միջուկային էներգիայի երեք բաղադրիչ կառուցվածքի ստեղծման հնարավորությունը՝ բաղկացած ջերմային և արագ ռեակտորներից և ռեակտորներից Np, Am, Cm և այլ ակտինիդների այրման և տրոհման որոշ արգասիքների փոխակերպման համար։

Ամենակարևոր խնդիրներն են ռադիոակտիվ թափոնների վերամշակումն ու հեռացումը, որոնք կարող են վերածվել միջուկային վառելիքի։

21-րդ դարի առաջին կեսին մարդկությունը պետք է գիտատեխնիկական բեկում մտցնի էներգիայի նոր տեսակների զարգացման ուղղությամբ, այդ թվում՝ էլեկտրամիջուկային՝ օգտագործելով լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչներ, իսկ ապագայում ջերմամիջուկայինը, որը պահանջում է ուժեր և միջազգային համագործակցություն։

Տյանվան ԱԷԿ-ը էներգաբլոկների միավոր հզորությամբ ամենամեծն է Չինաստանում ներկայումս կառուցվող բոլոր ատոմակայաններից։ Նրա գլխավոր հատակագիծը նախատեսում է չորս էներգաբլոկ կառուցելու հնարավորություն՝ յուրաքանչյուրը 1000 ՄՎտ հզորությամբ։ Կայանը գտնվում է Պեկինի և Շանհայի միջև՝ Դեղին ծովի ափին։ Կայքում շինարարական աշխատանքները սկսվել են 1998 թվականին։ 2006 թվականի մայիսին գործարկված ատոմակայանի առաջին էներգաբլոկը ջրով հովացվող ջրի ռեակտորով VVER-1000/428 և K-1000-60/3000 տուրբինով գործարկվել է 2007 թվականի հունիսի 2-ին, իսկ երկրորդը. Նույն տիպի միավորը շահագործման է հանձնվել 2007 թվականի սեպտեմբերի 12-ին։ Ներկայումս ատոմակայանի երկու էներգաբլոկներն էլ աշխատում են կայուն 100%-անոց հզորությամբ և էլեկտրաէներգիա են մատակարարում Չինաստանի Ցզյանսու նահանգին։ Նախատեսվում է կառուցել Թյանվան ԱԷԿ-ի երրորդ և չորրորդ էներգաբլոկները։

Նրանք. այն արդյունաբերական երկրներում, որտեղ բնական էներգետիկ ռեսուրսները անբավարար են։ Այս երկրներն իրենց էլեկտրաէներգիայի քառորդից կեսն արտադրում են ատոմակայաններից: ԱՄՆ-ն արտադրում է իր էլեկտրաէներգիայի միայն ութերորդը ատոմակայաններից, բայց դա համաշխարհային արտադրության մոտ մեկ հինգերորդն է:

Միջուկային էներգիան շարունակում է մնալ բուռն քննարկումների առարկա. Ատոմային էներգիայի կողմնակիցներն ու հակառակորդները կտրուկ տարբերվում են դրա անվտանգության, հուսալիության և տնտեսական արդյունավետության վերաբերյալ իրենց գնահատականներում։ Բացի այդ, լայնորեն շահարկումներ կան էլեկտրաէներգիայի արտադրությունից միջուկային վառելիքի հնարավոր արտահոսքի և միջուկային զենքի արտադրության համար դրա օգտագործման մասին։

Միջուկային վառելիքի ցիկլ.

Միջուկային էներգիան բարդ արդյունաբերություն է, որը ներառում է բազմաթիվ արդյունաբերական գործընթացներ, որոնք միասին կազմում են վառելիքի ցիկլը: Գոյություն ունեն վառելիքի ցիկլերի տարբեր տեսակներ՝ կախված ռեակտորի տեսակից և ցիկլի վերջնական փուլից:

Սովորաբար վառելիքի ցիկլը բաղկացած է հետևյալ գործընթացներից. Հանքավայրերում արդյունահանվում է ուրանի հանքաքար։ Հանքաքարը մանրացնում են ուրանի երկօքսիդը առանձնացնելու համար, իսկ ռադիոակտիվ թափոնները հեռացվում են։ Ստացված ուրանի օքսիդը (դեղին տորթ) վերածվում է ուրանի հեքսաֆտորիդի՝ գազային միացության։ Ուրանի 235-ի կոնցենտրացիան մեծացնելու համար ուրանի հեքսաֆտորիդը հարստացվում է իզոտոպային տարանջատման կայաններում: Հարստացված ուրանն այնուհետև վերածվում է պինդ ուրանի երկօքսիդի, որն օգտագործվում է վառելիքի կարկուտներ պատրաստելու համար: Վառելիքի տարրերը (վառելիքի տարրերը) հավաքվում են գնդիկներից, որոնք միավորվում են հավաքույթների մեջ՝ ատոմակայանի միջուկային ռեակտորի միջուկը տեղադրելու համար: Ռեակտորից հանված օգտագործված վառելիքը ճառագայթման բարձր մակարդակ ունի և էլեկտրակայանի տարածքում սառչելուց հետո ուղարկվում է հատուկ պահեստարան։ Նախատեսվում է նաև ցածր մակարդակի ճառագայթման թափոնների հեռացում, որոնք կուտակվում են կայանի շահագործման և պահպանման ընթացքում: Իր ծառայության ժամկետի ավարտից հետո ռեակտորն ինքը պետք է շահագործումից հանվի (ռեակտորի բաղադրիչների ախտահանմամբ և հեռացմամբ): Վառելիքի ցիկլի յուրաքանչյուր փուլ կարգավորվում է մարդկանց անվտանգությունն ու շրջակա միջավայրի պահպանությունն ապահովելու համար:

Միջուկային ռեակտորներ.

Արդյունաբերական միջուկային ռեակտորներն ի սկզբանե մշակվել են միայն միջուկային զենք ունեցող երկրներում։ ԱՄՆ-ը, ԽՍՀՄ-ը, Մեծ Բրիտանիան և Ֆրանսիան ակտիվորեն ուսումնասիրում էին միջուկային ռեակտորների տարբեր տարբերակներ։ Այնուամենայնիվ, հետագայում, միջուկային էներգիայի արդյունաբերության մեջ գերակշռեցին երեք հիմնական տեսակի ռեակտորներ, որոնք հիմնականում տարբերվում էին վառելիքով, հովացուցիչ նյութով, որն օգտագործվում էր միջուկի ցանկալի ջերմաստիճանը պահպանելու համար, և մոդերատորը օգտագործվում էր քայքայման գործընթացում արձակված նեյտրոնների արագությունը նվազեցնելու համար և անհրաժեշտ: պահպանել շղթայական ռեակցիան.

Դրանցից առաջին (և ամենատարածված) տեսակը հարստացված ուրանի ռեակտորն է, որտեղ սովորական կամ «թեթև» ջուրը և՛ սառեցնող է, և՛ մոդերատոր (թեթև ջրի ռեակտոր): Թեթև ջրի ռեակտորների երկու հիմնական տեսակ կա. ռեակտոր, որտեղ տուրբինները պտտվող գոլորշին առաջանում է անմիջապես միջուկում (եռացող ջրի ռեակտոր), և ռեակտոր, որտեղ գոլորշին առաջանում է արտաքին կամ երկրորդ միացված շղթայում։ ջերմափոխանակիչների և գոլորշու գեներատորների միջոցով առաջնային միացում (ջուր-ջրային էներգիայի ռեակտոր - VVER): ԱՄՆ զինված ուժերի ծրագրերի շրջանակներում սկսվել է թեթև ջրի ռեակտորի մշակումը։ Այսպիսով, 1950-ականներին General Electric-ը և Westinghouse-ը ստեղծեցին թեթև ջրի ռեակտորներ ԱՄՆ ռազմածովային ուժերի սուզանավերի և ավիակիրների համար։ Այս ընկերությունները ներգրավված էին նաև միջուկային վառելիքի վերականգնման և հարստացման տեխնոլոգիաների մշակման ռազմական ծրագրերում: Նույն տասնամյակում Խորհրդային Միությունը ստեղծեց գրաֆիտով չափավորվող եռացող ջրի ռեակտոր:

Երկրորդ տեսակի ռեակտորը, որը գործնական կիրառություն է գտել, գազով սառեցված ռեակտորն է (գրաֆիտի մոդերատորով): Դրա ստեղծումը սերտորեն կապված էր նաև միջուկային զենքի վաղ ծրագրերի հետ: 1940-ականների վերջին և 1950-ականների սկզբին Մեծ Բրիտանիան և Ֆրանսիան, ձգտելով ստեղծել իրենց սեփական ատոմային ռումբերը, կենտրոնացան գազով սառեցված ռեակտորների ստեղծման վրա, որոնք բավականին արդյունավետ կերպով արտադրում են զենքի համար նախատեսված պլուտոնիում և կարող են աշխատել նաև բնական ուրանի վրա:

Առևտրային հաջողություն ունեցած ռեակտորների երրորդ տեսակը ռեակտորն է, որտեղ և՛ սառեցնողը, և՛ մոդերատորը ծանր ջուր են, և վառելիքը նույնպես բնական ուրան է: Միջուկային դարաշրջանի սկզբում մի շարք երկրներում ուսումնասիրվեցին ծանր ջրի ռեակտորի հնարավոր օգուտները: Այնուամենայնիվ, նման ռեակտորների արտադրությունն այնուհետև կենտրոնացավ հիմնականում Կանադայում, մասամբ ուրանի հսկայական պաշարների պատճառով:

Միջուկային արդյունաբերության զարգացում.

Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից ի վեր տասնյակ միլիարդավոր դոլարներ են ներդրվել էլեկտրաէներգիայի ոլորտում ամբողջ աշխարհում։ Շինարարական այս բումը առաջացավ էլեկտրաէներգիայի արագ աճող պահանջարկի պատճառով, որը զգալիորեն գերազանցում էր բնակչությանը և ազգային եկամուտների աճը: Հիմնական շեշտը դրվել է ածուխ այրող ջերմաէլեկտրակայանների (ՋԷԿ-երի) վրա, իսկ ավելի քիչ՝ նավթի ու գազի, ինչպես նաև հիդրոէլեկտրակայանների վրա։ Մինչև 1969 թվականը արդյունաբերական տիպի ատոմակայաններ չեն եղել։ 1973 թվականին գրեթե բոլոր արդյունաբերական երկրները սպառել էին լայնածավալ հիդրոէներգիայի ռեսուրսները։ 1973թ.-ից հետո էներգիայի գների աճը, էլեկտրաէներգիայի պահանջարկի արագ աճը և ազգային էներգետիկ անկախության կորստի վերաբերյալ աճող մտահոգությունը նպաստեցին ատոմային էներգիայի տեսանելի ապագայում էներգիայի միակ կենսունակ այլընտրանքային աղբյուրին: 1973–1974 թվականների արաբական նավթային էմբարգոն ստեղծեց պատվերների և միջուկային էներգիայի զարգացման լավատեսական կանխատեսումների լրացուցիչ ալիք։

Բայց յուրաքանչյուր հաջորդ տարի այդ կանխատեսումներում իր ճշգրտումները կատարեց: Մի կողմից, միջուկային էներգիան ուներ իր կողմնակիցները կառավարություններում, ուրանի արդյունաբերության, հետազոտական ​​լաբորատորիաների և էներգետիկ ազդեցիկ ընկերությունների մեջ: Մյուս կողմից առաջացավ ուժեղ ընդդիմություն՝ միավորելով բնակչության շահերը, շրջակա միջավայրի մաքրությունը և սպառողների իրավունքները պաշտպանող խմբեր։ Մինչ օրս շարունակվող բանավեճը հիմնականում կենտրոնացել է շրջակա միջավայրի վրա վառելիքի ցիկլի տարբեր փուլերի վնասակար ազդեցության, ռեակտորի վթարների հավանականության և դրանց հնարավոր հետևանքների, ռեակտորների կառուցման և շահագործման կազմակերպման, ընդունելի տարբերակների վրա: միջուկային թափոնների հեռացում, ատոմակայաններում դիվերսիաների և ահաբեկչական հարձակումների ներուժ, ինչպես նաև միջուկային զենքի չտարածման ոլորտում ազգային և միջազգային ջանքերի բազմապատկման հարցեր:

Անվտանգության խնդիրներ.

1970-ական և 1980-ական թվականներին Չեռնոբիլի աղետը և միջուկային ռեակտորի այլ վթարները, ի թիվս այլ բաների, պարզ դարձրեցին, որ նման վթարները հաճախ անկանխատեսելի են: Օրինակ, Չեռնոբիլում 4-րդ էներգաբլոկի ռեակտորը լրջորեն վնասվել է էլեկտրաէներգիայի կտրուկ աճի հետևանքով, որը տեղի է ունեցել պլանային անջատման ժամանակ։ Ռեակտորը գտնվում էր բետոնե պատյանում և հագեցած էր վթարային հովացման համակարգով և անվտանգության այլ ժամանակակից համակարգերով։ Բայց ոչ մեկի մտքով չէր անցնում, որ երբ ռեակտորն անջատվի, կարող է հզորության կտրուկ թռիչք տեղի ունենալ, և նման թռիչքից հետո ռեակտորում գոյացած ջրածնային գազը, խառնված օդի հետ, պայթել, որպեսզի կործանի ռեակտորի շենքը։ Վթարի հետևանքով զոհվել է ավելի քան 30 մարդ, Կիևում և հարակից շրջաններում ավելի քան 200 հազար մարդ ստացել է ճառագայթման մեծ չափաբաժիններ, իսկ Կիևի ջրամատակարարումը աղտոտվել է։ Աղետի վայրից հյուսիս՝ ուղիղ ճառագայթային ամպի ճանապարհին, գտնվում են Պրիպյատի հսկայական ճահիճները, որոնք կենսական նշանակություն ունեն Բելառուսի, Ուկրաինայի և արևմտյան Ռուսաստանի էկոլոգիայի համար:

Միացյալ Նահանգներում միջուկային ռեակտորների կառուցումն ու շահագործումը նույնպես բախվել են բազմաթիվ անվտանգության խնդիրների, որոնք դանդաղեցրել են շինարարությունը, ստիպել են բազմաթիվ փոփոխություններ նախագծման և շահագործման ստանդարտներում և ավելացրել ծախսերն ու էներգիայի ծախսերը: Կարծես թե այս դժվարությունների երկու հիմնական աղբյուր է եղել: Դրանցից մեկն այս նոր էներգետիկ ոլորտում գիտելիքների և փորձի պակասն է։ Մյուսը միջուկային ռեակտորների տեխնոլոգիայի զարգացումն է, որը նոր խնդիրներ է առաջացնում։ Սակայն մնացել են նաև հինները, ինչպիսիք են գոլորշու գեներատորի խողովակների կոռոզիան և եռացող ջրի ռեակտորի խողովակաշարերի ճաքերը։ Անվտանգության այլ խնդիրները լիովին չեն լուծվել, օրինակ՝ հովացուցիչ նյութի հոսքի հանկարծակի փոփոխությունների հետևանքով առաջացած վնասը:

Միջուկային էներգիայի տնտեսագիտություն.

Ատոմային էներգիայի ներդրումները, ինչպես և էլեկտրաէներգիայի արտադրության այլ ոլորտներում ներդրումները, տնտեսապես արդարացված են, եթե բավարարվեն երկու պայման. արտադրված էներգիան կարող է վաճառվել իր ինքնարժեքը գերազանցող գնով։ 1970-ականների սկզբին համաշխարհային տնտեսական հեռանկարները շատ բարենպաստ էին թվում միջուկային էներգիայի համար. ինչպես էլեկտրաէներգիայի պահանջարկը, այնպես էլ հիմնական վառելիքների՝ ածուխի և նավթի գները արագորեն աճում էին: Ինչ վերաբերում է ատոմակայանի կառուցման ծախսերին, գրեթե բոլոր փորձագետները համոզված էին, որ այն կայուն կլինի կամ նույնիսկ կսկսի նվազել։ Այնուամենայնիվ, 1980-ականների սկզբին պարզ դարձավ, որ այս գնահատականները սխալ էին. էլեկտրաէներգիայի պահանջարկի աճը դադարեց, բնական վառելիքի գները ոչ միայն այլևս չաճեցին, այլ նույնիսկ սկսեցին նվազել, իսկ ատոմակայանների կառուցումը շատ ավելի էր։ սպասվածից թանկ՝ ամենահոռետեսական կանխատեսման մեջ։ Արդյունքում, ատոմային էներգիան ամենուր թեւակոխեց տնտեսական լուրջ դժվարությունների շրջան, և դրանք ամենալուրջն էին այն երկրում, որտեղ այն ծագել և զարգացել է ամենաինտենսիվը՝ ԱՄՆ-ում։

Եթե ​​համեմատական ​​վերլուծություն կատարենք ԱՄՆ-ում ատոմային էներգիայի տնտեսության վերաբերյալ, ապա պարզ է դառնում, թե ինչու է այս արդյունաբերությունը կորցրել իր մրցունակությունը։ 1970-ականների սկզբից ատոմակայանի ծախսերը կտրուկ աճել են։ Սովորական ՋԷԿ-ի ծախսերը բաղկացած են ուղղակի և անուղղակի կապիտալ ներդրումներից, վառելիքի ծախսերից, շահագործման և պահպանման ծախսերից: Ածուխով աշխատող ջերմաէլեկտրակայանի ծառայության ժամկետի ընթացքում վառելիքի արժեքը կազմում է բոլոր ծախսերի միջինը 50-60%-ը: Ատոմակայանների դեպքում գերակշռում են կապիտալ ներդրումները, որոնք կազմում են բոլոր ծախսերի մոտ 70%-ը։ Նոր միջուկային ռեակտորների կապիտալ ծախսերը միջինում զգալիորեն գերազանցում են ածուխով աշխատող ջերմաէլեկտրակայանների վառելիքի ծախսերը դրանց ողջ ծառայության ընթացքում, ինչը ժխտում է ատոմակայանների դեպքում վառելիքի խնայողության առավելությունը:

Միջուկային էներգիայի հեռանկարները.

Նրանց թվում, ովքեր պնդում են միջուկային էներգիայի զարգացման անվտանգ և ծախսարդյունավետ ուղիների որոնումը շարունակելու անհրաժեշտությունը, կարելի է առանձնացնել երկու հիմնական ուղղություն. Առաջինի կողմնակիցները կարծում են, որ բոլոր ջանքերը պետք է ուղղված լինեն միջուկային տեխնոլոգիաների անվտանգության նկատմամբ հասարակության անվստահության վերացմանը: Դրա համար անհրաժեշտ է մշակել նոր ռեակտորներ, որոնք ավելի անվտանգ են, քան առկա թեթև ջրային ռեակտորները: Այստեղ հետաքրքրություն ներկայացնող ռեակտորների երկու տեսակ կա՝ «տեխնոլոգիապես չափազանց անվտանգ» ռեակտորը և «մոդուլային» բարձր ջերմաստիճանով գազով հովացվող ռեակտորը։

Գազով հովացվող մոդուլային ռեակտորի նախատիպը մշակվել է Գերմանիայում, ինչպես նաև ԱՄՆ-ում և Ճապոնիայում։ Ի տարբերություն թեթև ջրի ռեակտորի, մոդուլային գազով հովացվող ռեակտորի նախագծումն այնպիսին է, որ դրա շահագործման անվտանգությունն ապահովված է պասիվ կերպով՝ առանց օպերատորների անմիջական գործողությունների կամ էլեկտրական կամ մեխանիկական պաշտպանության համակարգերի: Տեխնոլոգիապես չափազանց անվտանգ ռեակտորներն օգտագործում են նաև պասիվ պաշտպանության համակարգ։ Նման ռեակտորը, որի գաղափարը առաջարկվել է Շվեդիայում, ըստ երևույթին, չի անցել նախագծման փուլից այն կողմ: Սակայն ԱՄՆ-ում այն ​​մեծ աջակցություն է ստացել նրանց շրջանում, ովքեր պոտենցիալ առավելություններ են տեսնում գազով հովացվող մոդուլային ռեակտորների նկատմամբ: Սակայն երկու տարբերակների ապագան էլ անորոշ է՝ կապված դրանց անորոշ ծախսերի, զարգացման դժվարությունների և բուն միջուկային էներգիայի վիճահարույց ապագայի հետ:

Մյուս մտքի դպրոցի կողմնակիցները կարծում են, որ քիչ ժամանակ է մնացել նոր ռեակտորային տեխնոլոգիաներ մշակելու համար, մինչև զարգացած երկրները նոր էլեկտրակայանների կարիք ունենան: Նրանց կարծիքով՝ առաջին առաջնահերթությունը միջուկային էներգիայի ոլորտում ներդրումների խթանումն է։

Բայց ատոմային էներգետիկայի զարգացման այս երկու հեռանկարներից բացի, ի հայտ է եկել բոլորովին այլ տեսակետ։ Նա հույսեր է կապում մատակարարվող էներգիայի, վերականգնվող էներգիայի ռեսուրսների (արևային մարտկոցներ և այլն) առավել ամբողջական օգտագործման և էներգիայի պահպանման վրա: Այս տեսակետի կողմնակիցների կարծիքով, եթե առաջադեմ երկրներն անցնեն ավելի խնայող լույսի աղբյուրների, կենցաղային էլեկտրական սարքերի, ջեռուցման սարքավորումների և օդորակիչների մշակմանը, ապա տնտեսված էլեկտրաէներգիան բավական կլինի անել առանց բոլոր ատոմակայանների։ Էլեկտրաէներգիայի սպառման նկատված զգալի նվազումը ցույց է տալիս, որ արդյունավետությունը կարող է կարևոր գործոն լինել էլեկտրաէներգիայի պահանջարկը սահմանափակելու համար։

Այսպիսով, միջուկային էներգիան դեռ չի անցել արդյունավետության, անվտանգության և հանրային բարի կամքի թեստերը։ Նրա ապագան այժմ կախված է նրանից, թե որքան արդյունավետ և հուսալի վերահսկողություն կիրականացվի ատոմակայանների կառուցման և շահագործման վրա, ինչպես նաև, թե ինչպես հաջողությամբ կլուծվեն մի շարք այլ խնդիրներ, ինչպիսիք են ռադիոակտիվ թափոնների հեռացման խնդիրը: Ատոմային էներգիայի ապագան կախված է նաև նրա ուժեղ մրցակիցների՝ ածուխով աշխատող ջերմաէլեկտրակայանների, էներգախնայողության նոր տեխնոլոգիաների և վերականգնվող էներգիայի ռեսուրսների կենսունակությունից և ընդլայնումից:

Միջուկային ռեակցիայի էներգիան կենտրոնացած է ատոմի միջուկում։ Ատոմը փոքր մասնիկ է, որը կազմում է Տիեզերքի ամբողջ նյութը:

Միջուկային տրոհումից ստացվող էներգիայի քանակը հսկայական է և կարող է օգտագործվել էլեկտրաէներգիա ստեղծելու համար, բայց այն նախ պետք է ազատվի ատոմից:

Էներգիա ստանալը

Միջուկային ռեակցիայի էներգիայի օգտագործումը տեղի է ունենում սարքավորումների միջոցով, որոնք կարող են վերահսկել ատոմային տրոհումը` էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Ռեակտորների և էներգիայի արտադրության համար օգտագործվող վառելիքը ամենից հաճախ ուրանի տարրի կարկուտներն են։ Միջուկային ռեակտորում ուրանի ատոմները ստիպված են լինում քանդվել։ Երբ դրանք բաժանվում են, ատոմներն ազատում են մանր մասնիկներ, որոնք կոչվում են տրոհման արտադրանք: Ճեղքման արտադրանքները գործում են ուրանի այլ ատոմների վրա՝ առանձնանալու համար. սկսվում է շղթայական ռեակցիա: Այս շղթայական ռեակցիայից արձակված միջուկային էներգիան ջերմություն է ստեղծում։ Միջուկային ռեակտորի ջերմությունը շատ տաքացնում է այն, ուստի այն պետք է սառչի:

Տեխնոլոգիապես լավագույն հովացուցիչ նյութը սովորաբար ջուրն է, սակայն որոշ միջուկային ռեակտորներ օգտագործում են հեղուկ մետաղի կամ հալած աղեր: Միջուկից ջեռուցվող հովացուցիչ նյութը գոլորշի է արտադրում: Գոլորշին գործում է շոգետուրբինի վրա՝ պտտելով այն։ Տուրբինը մեխանիկական փոխանցման միջոցով միացված է գեներատորին, որն արտադրում է էլեկտրաէներգիա։
Ռեակտորները կառավարվում են կառավարման ձողերի միջոցով, որոնք կարող են ճշգրտվել առաջացած ջերմության քանակին: Հսկիչ ձողերը պատրաստված են այնպիսի նյութից, ինչպիսին է կադմիումը, հաֆնիումը կամ բորը, որպեսզի կլանեն միջուկային տրոհման արդյունքում ստեղծված որոշ արտադրանքները: Ձողերը առկա են շղթայական ռեակցիայի ժամանակ՝ ռեակցիան վերահսկելու համար: Ձողերը հեռացնելը թույլ կտա շղթայական ռեակցիան ավելի զարգանալ և ավելի շատ էլեկտրաէներգիա ստեղծել:

Աշխարհում էլեկտրաէներգիայի մոտ 15 տոկոսը արտադրվում է ատոմակայանների կողմից։

ԱՄՆ-ն ունի ավելի քան 100 ռեակտոր, թեև ԱՄՆ-ն արտադրում է իր էլեկտրաէներգիայի մեծ մասը հանածո վառելիքից և հիդրոէլեկտրակայաններից:

Ռուսաստանում 10 ատոմակայաններում կա 33 էներգաբլոկ՝ երկրի էներգետիկ հաշվեկշռի 15%-ը։

Լիտվան, Ֆրանսիան և Սլովակիան իրենց էլեկտրաէներգիայի մեծ մասը սպառում են ատոմակայաններից։

Միջուկային վառելիք, որն օգտագործվում է էներգիա արտադրելու համար

Ուրանը միջուկային ռեակցիայի էներգիա ստանալու համար ամենաշատ օգտագործվող վառելիքն է: Դա պայմանավորված է նրանով, որ ուրանի ատոմները համեմատաբար հեշտությամբ բաժանվում են: Արտադրված ուրանի կոնկրետ տեսակը, որը կոչվում է U-235, հազվադեպ է: U-235-ը կազմում է աշխարհի ուրանի մեկ տոկոսից պակասը:

Ուրանը արդյունահանվում է Ավստրալիայում, Կանադայում, Ղազախստանում, Ռուսաստանում, Ուզբեկստանում և պետք է վերամշակվի, նախքան այն օգտագործելը:

Քանի որ միջուկային վառելիքը կարող է օգտագործվել զենք ստեղծելու համար, արտադրությունը ենթակա է Չտարածման պայմանագրին ուրանի կամ պլուտոնիումի կամ այլ միջուկային վառելիքի ներմուծման համար: Պայմանագիրը նպաստում է վառելիքի խաղաղ օգտագործմանը, ինչպես նաև սահմանափակում է այս տեսակի զենքի տարածումը։

Միջուկային էներգիա և մարդիկ

Միջուկային միջուկային էներգիան արտադրում է էլեկտրաէներգիա, որը կարող է օգտագործվել տների, դպրոցների, ձեռնարկությունների և հիվանդանոցների էներգիայի համար:

Էլեկտրաէներգիա արտադրող առաջին ռեակտորը կառուցվել է ԱՄՆ Այդահո քաղաքում և փորձնականորեն սկսել է աշխատել 1951 թվականին։

1954 թվականին Ռուսաստանի Օբնինսկ քաղաքում ստեղծվեց առաջին ատոմակայանը, որը նախատեսված էր մարդկանց էներգիա ապահովելու համար։

Միջուկային ռեակցիայի էներգիա արդյունահանելու համար ռեակտորների կառուցումը պահանջում է տեխնոլոգիայի բարձր մակարդակ, և միայն այն երկրները, որոնք ստորագրել են չտարածման պայմանագիրը, կարող են ստանալ անհրաժեշտ ուրան կամ պլուտոնիում: Այս պատճառներով ատոմակայանների մեծ մասը գտնվում է աշխարհի զարգացած երկրներում։

Ատոմային էլեկտրակայանները արտադրում են վերականգնվող, էկոլոգիապես մաքուր ռեսուրսներ։ Նրանք չեն աղտոտում օդը և չեն առաջացնում ջերմոցային գազերի արտանետումներ։ Դրանք կարող են կառուցվել քաղաքային կամ գյուղական վայրերում և արմատապես չեն փոխում շրջակա միջավայրը:

Ռադիոակտիվ նյութեր էլեկտրակայաններից

Ռադիոակտիվ նյութը pՌեակտորն անվտանգ է, քանի որ այն սառեցվում է առանձին կառուցվածքում, որը կոչվում է հովացման աշտարակ: Գոլորշին նորից վերածվում է ջրի և կարող է կրկին օգտագործվել էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Ավելորդ գոլորշին պարզապես վերամշակվում է մթնոլորտ, որտեղ այն մաքուր ջրի նման վնասակար չէ։

Այնուամենայնիվ, միջուկային ռեակցիայի էներգիան ունի կողմնակի արտադրանք ռադիոակտիվ նյութի տեսքով: Ռադիոակտիվ նյութը անկայուն միջուկների հավաքածու է։ Այս միջուկները կորցնում են իրենց էներգիան և կարող են ազդել իրենց շրջապատող բազմաթիվ նյութերի վրա, այդ թվում՝ կենդանի օրգանիզմների և շրջակա միջավայրի վրա։ Ռադիոակտիվ նյութը կարող է չափազանց թունավոր լինել՝ առաջացնելով հիվանդություններ, մեծացնելով քաղցկեղի, արյան խանգարումների և ոսկորների քայքայման վտանգը:

Ռադիոակտիվ թափոնն այն է, ինչ մնում է միջուկային ռեակտորի աշխատանքից։

Ռադիոակտիվ թափոնները ծածկում են աշխատողների կողմից կրած պաշտպանիչ հագուստը, գործիքները և գործվածքները, որոնք շփվել են ռադիոակտիվ փոշու հետ: Ռադիոակտիվ թափոնները երկարատև են. Հագուստի և գործիքների նման նյութերը կարող են ռադիոակտիվ մնալ հազարավոր տարիներ: Կառավարությունը կարգավորում է, թե ինչպես են այդ նյութերը հեռացվում, որպեսզի այլ բան չաղտոտեն:

Օգտագործված վառելիքը և ձողերը չափազանց ռադիոակտիվ են: Օգտագործված ուրանի կարկուտները պետք է պահվեն հատուկ տարաներում, որոնք նման են մեծ լողավազանների: Որոշ գործարաններ իրենց օգտագործած վառելիքը պահում են վերգետնյա չոր պահեստավորման տանկերում:

Վառելիքը հովացնող ջուրը չի շփվում ռադիոակտիվության հետ և, հետևաբար, անվտանգ է:

Հայտնի են նաև այնպիսիք, որոնք ունեն մի փոքր այլ գործող սկզբունք:

Միջուկային էներգիայի և ճառագայթային անվտանգության օգտագործումը

Միջուկային ռեակցիայի էներգիայի օգտագործման քննադատները անհանգստանում են, որ ռադիոակտիվ թափոնների պահեստավորման օբյեկտները կարող են արտահոսել, ճեղքել կամ փլուզվել: Այնուհետև ռադիոակտիվ նյութը կարող է աղտոտել տեղանքի մոտ գտնվող հողը և ստորերկրյա ջրերը: Սա կարող է լուրջ առողջական խնդիրների պատճառ դառնալ այդ տարածքում գտնվող մարդկանց և կենդանի օրգանիզմների համար: Բոլոր մարդիկ պետք է տարհանվեն։

Ահա թե ինչ է տեղի ունեցել Ուկրաինայի Չեռնոբիլ քաղաքում 1986թ. Չորրորդ միջուկային ռեակտորի էլեկտրակայաններից մեկում գոլորշու պայթյունը ոչնչացրել է այն և հրդեհ է բռնկվել։ Ձևավորվեց ռադիոակտիվ մասնիկների ամպ, որը ընկավ գետնին կամ քամու հետ շեղվեց, և մասնիկները անձրևի տեսքով մտան բնության ջրային ցիկլ: Ռադիոակտիվ արտանետումների մեծ մասն ընկել է Բելառուսում։

Չեռնոբիլի աղետի բնապահպանական հետևանքները եղան անմիջապես։ Կայքի շուրջ կիլոմետրերի ընթացքում սոճու անտառը չորացել է, իսկ սատկած սոճիների կարմիր գույնը տարածքը ստացել է Կարմիր անտառ մականունը: Մոտակա Պրիպյատ գետի ձուկը ռադիոակտիվ է դարձել, և մարդիկ այլևս չեն կարողանա այն ուտել։ Անասուններն ու ձիերը սատկել են։ Աղետից հետո տարհանվել է ավելի քան 100 հազար մարդ, սակայն Չեռնոբիլից մարդկային զոհերի թիվը դժվար է որոշել։

Ճառագայթային թունավորման հետևանքները հայտնվում են միայն երկար տարիներ անց: Նման հիվանդությունների դեպքում, ինչպիսին է քաղցկեղը, դժվար է որոշել աղբյուրը:

Ատոմային էներգիայի ապագան

Ռեակտորներն օգտագործում են ատոմների տրոհումը կամ տրոհումը էներգիա արտադրելու համար։

Միջուկային ռեակցիայի էներգիան կարող է առաջանալ նաև ատոմների միաձուլման կամ միացման միջոցով: Արտադրության մեջ. Արեգակը, օրինակ, մշտապես ենթարկվում է ջրածնի ատոմների միջուկային միաձուլման՝ առաջացնելով հելիում։ Քանի որ մեր մոլորակի կյանքը կախված է Արեգակից, կարելի է ասել, որ տրոհումը հնարավոր է դարձնում կյանքը Երկրի վրա:

Ատոմային էլեկտրակայանները դեռ հնարավորություն չունեն անվտանգ և հուսալիորեն էներգիա արտադրելու միջուկային միաձուլման (ֆյուզիայի) միջոցով, սակայն գիտնականները ուսումնասիրում են միջուկային միաձուլումը, քանի որ գործընթացը, ամենայն հավանականությամբ, կլինի անվտանգ և ավելի ծախսարդյունավետ որպես էներգիայի այլընտրանքային ձև:

Միջուկային ռեակցիայի էներգիան հսկայական է և պետք է օգտագործվի մարդկանց կողմից: Այս էներգիան ստանալու մարտահրավերը տարբեր սառնագենտների, աշխատանքային ջերմաստիճանների և հովացուցիչի ճնշումների, մոդերատորների և այլնի բազմաթիվ մրցակցային նախագծերն են՝ ի լրումն նախագծային էներգիայի ելքերի մի շարք: Այսպիսով, արտադրական և գործառնական փորձը առանցքային դեր կխաղա: