Tenaga nuklear secara ringkas. Tenaga nuklear di Rusia adalah lokomotif untuk pembangunan industri lain

Penggunaan tenaga nuklear untuk menukarkannya kepada tenaga elektrik pertama kali dijalankan di negara kita pada tahun 1954. Loji kuasa nuklear (NPP) pertama dengan kapasiti 5000 kW telah mula beroperasi di Obninsk. Tenaga yang dikeluarkan dalam reaktor nuklear digunakan untuk menukar air menjadi wap, yang kemudiannya memutarkan turbin yang disambungkan kepada penjana. Pembangunan tenaga nuklear. Novovoronezh, Leningrad, Kursk, Kola dan loji kuasa nuklear lain yang ditugaskan beroperasi pada prinsip yang sama. Reaktor stesen ini mempunyai kuasa 500-1000 MW. Loji tenaga nuklear dibina terutamanya di bahagian Eropah di negara itu. Ini disebabkan oleh kelebihan loji tenaga nuklear berbanding loji kuasa haba yang menggunakan bahan api fosil. Reaktor nuklear tidak menggunakan bahan api organik yang terhad dan tidak membebankan pengangkutan kereta api dengan pengangkutan arang batu. Loji tenaga nuklear tidak menggunakan oksigen atmosfera dan tidak mencemarkan alam sekitar dengan abu dan produk pembakaran. Walau bagaimanapun, penempatan loji tenaga nuklear di kawasan padat penduduk menimbulkan ancaman yang berpotensi. Dalam reaktor neutron terma (iaitu perlahan), hanya 1-2% uranium digunakan. Penggunaan penuh uranium dicapai dalam reaktor neutron pantas, yang juga memastikan pembiakan bahan api nuklear baru dalam bentuk plutonium. Pada tahun 1980, reaktor neutron pantas pertama di dunia dengan kapasiti 600 MW telah dilancarkan di RFN Beloyarsk. Tenaga nuklear, seperti banyak industri lain, mempunyai kesan alam sekitar yang berbahaya atau berbahaya. Potensi bahaya terbesar ialah pencemaran radioaktif. Masalah kompleks timbul dengan pelupusan sisa radioaktif dan pembongkaran loji kuasa nuklear lama. Hayat perkhidmatan mereka adalah kira-kira 20 tahun, selepas itu adalah mustahil untuk memulihkan stesen kerana pendedahan jangka panjang kepada sinaran pada bahan struktur. Loji tenaga nuklear direka bentuk dengan mengambil kira keselamatan maksimum kakitangan loji dan orang ramai. Pengalaman operasi loji kuasa nuklear di seluruh dunia menunjukkan bahawa biosfera dilindungi dengan pasti daripada kesan sinaran loji kuasa nuklear dalam operasi biasa. Walau bagaimanapun, letupan reaktor keempat di loji janakuasa nuklear Chernobyl menunjukkan bahawa risiko kemusnahan teras reaktor akibat kesilapan kakitangan dan salah pengiraan dalam reka bentuk reaktor masih menjadi kenyataan, jadi langkah paling ketat sedang diambil untuk mengurangkan risiko ini. . Reaktor nuklear dipasang pada kapal selam nuklear dan pemecah ais. Senjata nuklear. Tindak balas berantai yang tidak terkawal dengan faktor pembesaran neutron yang besar dilakukan dalam bom atom. Untuk pembebasan tenaga (letupan) yang hampir serta-merta berlaku, tindak balas mesti diteruskan dengan neutron pantas (tanpa menggunakan 235 moderator). Bahan letupan ialah uranium g2U tulen atau 239 plutonium 94Pu. Untuk letupan berlaku, bahan fisil mesti melebihi saiz kritikal. Ini dicapai sama ada dengan cepat menggabungkan dua keping bahan fisil dengan dimensi subkritikal, atau dengan memampatkan secara mendadak satu keping kepada saiz di mana kebocoran neutron melalui permukaan jatuh begitu banyak sehingga dimensi kepingan adalah superkritikal. Kedua-duanya dijalankan menggunakan bahan letupan konvensional. Apabila bom meletup, suhu mencecah puluhan juta kelvin. Pada suhu ini, tekanan meningkat dengan mendadak dan gelombang letupan yang kuat terbentuk. Pada masa yang sama, radiasi yang kuat berlaku. Hasil tindak balas berantai letupan bom adalah sangat radioaktif dan berbahaya kepada organisma hidup. Bom atom digunakan oleh Amerika Syarikat pada akhir Perang Dunia II menentang Jepun. Pada tahun 1945, bom atom dijatuhkan di bandar Hiroshima dan Nagasaki Jepun. Bom termonuklear (hidrogen) menggunakan letupan bom atom yang diletakkan di dalam bom termonuklear untuk memulakan tindak balas pelakuran. Penyelesaian yang tidak remeh ternyata adalah bahawa letupan bom atom digunakan bukan untuk meningkatkan suhu, tetapi untuk memampatkan bahan api termonuklear dengan kuat oleh sinaran yang dihasilkan semasa letupan bom atom. Di negara kita, idea utama untuk mencipta letupan termonuklear dikemukakan oleh A.D. Sakharov. Dengan penciptaan senjata nuklear, memenangi perang menjadi mustahil. Perang nuklear boleh membawa kepada kemusnahan manusia, itulah sebabnya orang di seluruh dunia terus-menerus berjuang untuk mengharamkan senjata nuklear.

"Tenaga nuklear"

pengenalan

Tenaga adalah cabang terpenting dalam ekonomi negara, meliputi sumber tenaga, pengeluaran, transformasi, penghantaran dan penggunaan pelbagai jenis tenaga. Ini adalah asas ekonomi negara.

Dunia sedang menjalani proses perindustrian, yang memerlukan penggunaan bahan tambahan, yang meningkatkan kos tenaga. Dengan pertumbuhan penduduk, kos tenaga untuk penanaman tanah, penuaian, pengeluaran baja, dan lain-lain meningkat.

Pada masa ini, banyak sumber semula jadi yang mudah diakses di planet ini semakin berkurangan. Bahan mentah perlu diekstrak pada kedalaman yang besar atau di paras laut. Rizab minyak dan gas dunia yang terhad nampaknya mendedahkan manusia kepada prospek krisis tenaga. Walau bagaimanapun, penggunaan tenaga nuklear memberi peluang kepada manusia untuk mengelakkan ini, kerana hasil penyelidikan asas ke dalam fizik nukleus atom memungkinkan untuk mengelakkan ancaman krisis tenaga dengan menggunakan tenaga yang dikeluarkan semasa tindak balas tertentu nukleus atom. .

Sejarah perkembangan tenaga nuklear

Pada tahun 1939, adalah mungkin untuk membelah atom uranium buat kali pertama. 3 tahun lagi berlalu, dan sebuah reaktor telah dicipta di Amerika Syarikat untuk menjalankan tindak balas nuklear terkawal. Kemudian, pada tahun 1945, bom atom telah dihasilkan dan diuji, dan pada tahun 1954, loji tenaga nuklear pertama di dunia telah mula beroperasi di negara kita. Dalam semua kes ini, tenaga besar pereputan nukleus atom telah digunakan. Jumlah tenaga yang lebih besar dibebaskan hasil daripada gabungan nukleus atom. Pada tahun 1953, bom termonuklear telah diuji buat kali pertama di USSR, dan manusia belajar untuk menghasilkan semula proses yang berlaku di matahari. Buat masa ini, pelakuran nuklear tidak boleh digunakan untuk tujuan damai, tetapi jika ini menjadi mungkin, orang ramai akan menyediakan diri mereka dengan tenaga murah selama berbilion tahun. Masalah ini telah menjadi salah satu bidang fizik moden yang paling penting sejak 50 tahun yang lalu.

Sehingga kira-kira 1800, kayu adalah bahan api utama. Tenaga kayu diperoleh daripada tenaga suria yang disimpan dalam tumbuhan semasa hidup mereka. Sejak Revolusi Perindustrian, orang ramai bergantung kepada mineral seperti arang batu dan minyak, yang tenaganya juga datang daripada tenaga suria yang disimpan. Apabila bahan api seperti arang batu dibakar, atom hidrogen dan karbon yang terkandung dalam arang batu bergabung dengan atom oksigen udara. Apabila hidrous atau karbon dioksida berlaku, suhu tinggi dibebaskan, bersamaan dengan kira-kira 1.6 kilowatt-jam sekilogram atau kira-kira 10 volt elektron setiap atom karbon. Jumlah tenaga ini adalah tipikal untuk tindak balas kimia yang membawa kepada perubahan dalam struktur elektronik atom. Sebahagian daripada tenaga yang dibebaskan dalam bentuk haba adalah mencukupi untuk mengekalkan tindak balas.

Loji kuasa nuklear perintis pertama di dunia dengan kapasiti 5 MW telah dilancarkan di USSR pada 27 Jun 1954 di Obninsk. Sebelum ini, tenaga nukleus atom digunakan terutamanya untuk tujuan ketenteraan. Pelancaran loji tenaga nuklear pertama menandakan pembukaan arah baru dalam tenaga, yang menerima pengiktirafan pada Persidangan Saintifik dan Teknikal Antarabangsa Pertama mengenai Penggunaan Tenaga Atom secara Aman (Ogos 1955, Geneva).

Pada tahun 1958, peringkat pertama Loji Kuasa Nuklear Siberia dengan kapasiti 100 MW telah mula beroperasi (jumlah kapasiti reka bentuk 600 MW). Pada tahun yang sama, pembinaan loji tenaga nuklear perindustrian Beloyarsk bermula, dan pada 26 April 1964, penjana peringkat pertama (unit 100 MW) membekalkan arus ke sistem tenaga Sverdlovsk, unit ke-2 dengan kapasiti 200 MW telah mula beroperasi pada Oktober 1967. Satu ciri tersendiri RFN Beloyarsk ialah pemanasan terlampau stim (sehingga parameter yang diperlukan diperolehi) secara langsung dalam reaktor nuklear, yang memungkinkan untuk menggunakan turbin moden konvensional di atasnya hampir tanpa sebarang pengubahsuaian.

Pada September 1964, unit pertama RFN Novovoronezh dengan kapasiti 210 MW telah dilancarkan. Kos 1 kWj elektrik (penunjuk ekonomi yang paling penting bagi operasi mana-mana loji kuasa) di loji kuasa nuklear ini menurun secara sistematik: ia berjumlah 1.24 kopecks. pada tahun 1965, 1.22 kopecks. pada tahun 1966, 1.18 kopecks. pada tahun 1967, 0.94 kopecks. pada tahun 1968. Unit pertama RFN Novovoronezh dibina bukan sahaja untuk kegunaan industri, tetapi juga sebagai kemudahan demonstrasi untuk menunjukkan keupayaan dan kelebihan tenaga nuklear, kebolehpercayaan dan keselamatan loji kuasa nuklear. Pada November 1965, di bandar Melekess, wilayah Ulyanovsk, sebuah loji tenaga nuklear dengan reaktor air-air jenis "mendidih" dengan kapasiti 50 MW mula beroperasi; reaktor itu dipasang mengikut reka bentuk litar tunggal , memudahkan susun atur stesen. Pada Disember 1969, unit kedua RFN Novovoronezh (350 MW) telah dilancarkan.

Di luar negara, loji tenaga nuklear perindustrian pertama dengan kapasiti 46 MW telah mula beroperasi pada tahun 1956 di Calder Hall (England). Setahun kemudian, loji kuasa nuklear 60 MW di Shippingport (AS) mula beroperasi.

Asas Tenaga Nuklear

Nukleus atom dicirikan oleh cas Ze, jisim M, putaran J, momen quadrupole magnet dan elektrik Q, jejari R tertentu, putaran isotop T dan terdiri daripada nukleon - proton dan neutron. Semua nukleus atom dibahagikan kepada stabil dan tidak stabil. Sifat nukleus stabil kekal tidak berubah selama-lamanya. Nukleus yang tidak stabil mengalami pelbagai jenis transformasi.

Fenomena radioaktiviti, atau pereputan spontan nukleus, ditemui oleh ahli fizik Perancis A. Becquerel pada tahun 1896. Beliau mendapati bahawa uranium dan sebatiannya memancarkan sinar atau zarah yang menembusi badan legap dan boleh menerangi plat fotografi; Becquerel menetapkan bahawa keamatan sinaran adalah berkadar hanya dengan kepekatan uranium dan tidak bergantung pada keadaan luaran (suhu, tekanan) dan sama ada uranium berada dalam sebarang sebatian kimia.

Pereputan alfa

Tenaga pengikat nukleus mencirikan ketahanannya terhadap hancur ke bahagian komponennya. Jika tenaga pengikat nukleus kurang daripada tenaga pengikat hasil pereputannya, ini bermakna nukleus boleh mereput secara spontan. Semasa pereputan alfa, zarah alfa membawa hampir semua tenaga, dan hanya 2% daripadanya pergi ke nukleus sekunder. Semasa pereputan alfa, nombor jisim berubah sebanyak 4 unit dan nombor atom sebanyak dua unit.

Tenaga awal zarah alfa ialah 4–10 MeV. Oleh kerana zarah alfa mempunyai jisim dan cas yang besar, min laluan bebasnya di udara adalah pendek. Sebagai contoh, purata laluan bebas di udara untuk zarah alfa yang dipancarkan oleh nukleus uranium ialah 2.7 cm, dan yang dipancarkan oleh radium ialah 3.3 cm.

Pereputan beta

Ini adalah proses transformasi nukleus atom kepada nukleus lain dengan perubahan nombor atom tanpa mengubah nombor jisim. Terdapat tiga jenis pereputan beta: elektron, positron, dan penangkapan elektron orbit oleh nukleus atom. Jenis pereputan terakhir juga dipanggil KEPADA-menangkap, kerana dalam kes ini elektron yang paling hampir dengan nukleus berkemungkinan besar akan diserap KEPADA kerang. Penyerapan elektron daripada L Dan M cengkerang juga mungkin, tetapi kurang berkemungkinan. Separuh hayat nukleus b-aktif berbeza-beza dalam julat yang sangat luas.

Bilangan nukleus beta-aktif yang diketahui pada masa ini adalah kira-kira satu setengah ribu, tetapi hanya 20 daripadanya adalah isotop beta-radioaktif semulajadi. Semua yang lain diperolehi secara buatan.

Pengagihan berterusan tenaga kinetik elektron yang dipancarkan semasa pereputan dijelaskan oleh fakta bahawa, bersama-sama dengan elektron, antineutrino juga dipancarkan. Jika tiada antineutrino, maka elektron akan mempunyai momentum yang ditentukan dengan ketat, sama dengan momentum nukleus sisa. Pecahan mendadak dalam spektrum diperhatikan pada nilai tenaga kinetik yang sama dengan tenaga pereputan beta. Dalam kes ini, tenaga kinetik nukleus dan antineutrino adalah sama dengan sifar dan elektron membawa pergi semua tenaga yang dibebaskan semasa tindak balas.

Semasa pereputan elektronik, nukleus sisa mempunyai urutan nombor satu lebih besar daripada yang asal, sambil mengekalkan nombor jisim. Ini bermakna bahawa dalam nukleus sisa bilangan proton meningkat sebanyak satu, dan bilangan neutron, sebaliknya, menjadi lebih kecil: N= A– (Z+1).

Pereputan gamma

Nukleus stabil berada dalam keadaan sepadan dengan tenaga terendah. Keadaan ini dipanggil asas. Walau bagaimanapun, dengan menyinari nukleus atom dengan pelbagai zarah atau proton bertenaga tinggi, tenaga tertentu boleh dipindahkan kepada mereka dan, oleh itu, dipindahkan ke keadaan yang sepadan dengan tenaga yang lebih tinggi. Beralih selepas beberapa lama daripada keadaan teruja ke keadaan dasar, nukleus atom boleh mengeluarkan sama ada zarah, jika tenaga pengujaan cukup tinggi, atau sinaran elektromagnet bertenaga tinggi - kuantum gamma. Oleh kerana nukleus teruja berada dalam keadaan tenaga diskret, sinaran gamma dicirikan oleh spektrum garis.

Sifat yang luar biasa dan sangat penting bagi tindak balas pembelahan ialah pembelahan menghasilkan berbilang neutron. Keadaan ini memungkinkan untuk mewujudkan keadaan untuk mengekalkan tindak balas rantaian pembelahan nuklear yang pegun atau berkembang. Sesungguhnya, jika dalam medium yang mengandungi nukleus pembelahan satu neutron menyebabkan tindak balas pembelahan, maka neutron yang terhasil daripada tindak balas boleh dengan kebarangkalian tertentu menyebabkan pembelahan nuklear, yang boleh membawa, dalam keadaan yang sesuai, kepada perkembangan proses pembelahan yang tidak terkawal.

reaktor nuklear

Apabila pembelahan nukleus berat, beberapa neutron bebas dihasilkan. Ini memungkinkan untuk mengatur tindak balas rantai pembelahan yang dipanggil, apabila neutron, merambat dalam medium yang mengandungi unsur berat, boleh menyebabkan pembelahannya dengan pelepasan neutron bebas baru. Jika persekitaran sedemikian rupa sehingga bilangan neutron yang baru dicipta bertambah, maka proses pembelahan meningkat seperti longsor. Dalam kes apabila bilangan neutron berkurangan semasa pembelahan berikutnya, tindak balas rantai nuklear pudar.

Untuk mendapatkan tindak balas rantaian nuklear pegun, adalah jelas perlu untuk mewujudkan keadaan supaya setiap nukleus yang menyerap neutron, apabila pembelahan, membebaskan secara purata satu neutron, yang menuju ke arah pembelahan nukleus berat kedua.

reaktor nuklear ialah peranti di mana tindak balas berantai terkawal pembelahan nukleus berat tertentu dijalankan dan dikekalkan.

Tindak balas rantai nuklear dalam reaktor hanya boleh berlaku dengan bilangan nukleus pembelahan tertentu, yang boleh pembelahan pada sebarang tenaga neutron. Daripada bahan pembelahan, yang paling penting ialah isotop 235U, bahagiannya dalam uranium semulajadi hanya 0.714%.

Walaupun 238U adalah fisil oleh neutron yang tenaganya melebihi 1.2 MeV, tindak balas rantai mampan sendiri pada neutron pantas dalam uranium semula jadi tidak mungkin disebabkan oleh kebarangkalian tinggi interaksi tak anjal nukleus 238U dengan neutron pantas. Dalam kes ini, tenaga neutron menjadi di bawah tenaga pembelahan ambang nukleus 238U.

Penggunaan penyederhana membawa kepada penurunan dalam penyerapan resonan dalam 238U, kerana neutron boleh melalui kawasan tenaga resonan akibat daripada perlanggaran dengan nukleus penyederhana dan diserap oleh nukleus 235U, 239Pu, 233U, keratan rentas pembelahan yang meningkat dengan ketara dengan pengurangan tenaga neutron. Bahan dengan nombor jisim yang rendah dan keratan rentas serapan kecil (air, grafit, berilium, dll.) digunakan sebagai penyederhana.

PEMISAH HALAMAN--

Untuk mencirikan tindak balas rantai pembelahan, kuantiti yang dipanggil faktor pendaraban digunakan KEPADA. Ini ialah nisbah bilangan neutron generasi tertentu kepada bilangan neutron generasi sebelumnya. Untuk tindak balas rantai pembelahan pegun KEPADA=1. Sistem pembiakan (reaktor) di mana KEPADA=1 dipanggil kritikal. Jika KEPADA>1, bilangan neutron dalam sistem bertambah, dan dalam kes ini ia dipanggil superkritikal. Pada KEPADA< 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.

Dalam teras reaktor neutron haba, bersama-sama dengan bahan api nuklear, terdapat jisim penyederhana-bahan yang ketara, dicirikan oleh keratan rentas serakan yang besar dan keratan rentas serapan yang kecil.

Zon aktif reaktor hampir selalu, kecuali reaktor khas, dikelilingi oleh reflektor yang mengembalikan beberapa neuron ke zon aktif disebabkan oleh pelbagai serakan. Dalam reaktor neuron cepat, zon aktif dikelilingi oleh zon pembiakan. Mereka mengumpul isotop fisil. Di samping itu, zon pembiakan juga berfungsi sebagai pemantul. Dalam reaktor nuklear, hasil pembelahan terkumpul, yang dipanggil sanga. Kehadiran sanga membawa kepada kehilangan tambahan neutron bebas.

Reaktor nuklear, bergantung kepada penempatan relatif bahan api dan penyederhana, dibahagikan kepada homogen dan heterogen. Dalam reaktor homogen, teras adalah jisim homogen bahan api, penyederhana dan penyejuk dalam bentuk larutan, campuran atau cair. Reaktor di mana bahan api dalam bentuk blok atau pemasangan bahan api diletakkan di dalam penyederhana, membentuk kekisi geometri biasa di dalamnya, dipanggil heterogen.

Ciri-ciri reaktor nuklear sebagai sumber haba

Semasa operasi reaktor, haba dibebaskan dalam kuantiti yang berbeza-beza dalam elemen bahan api (rod bahan api), serta dalam semua elemen strukturnya. Ini disebabkan, pertama sekali, nyahpecutan serpihan pembelahan, sinaran beta dan gammanya, serta nukleus yang berinteraksi dengan neutron, dan, akhirnya, nyahpecutan neutron pantas. Serpihan daripada pembelahan teras bahan api dikelaskan mengikut halaju yang sepadan dengan suhu ratusan bilion darjah.

Sesungguhnya, E= m u 2= ​​​​3RT, di mana E – tenaga kinetik serpihan, MeV; R = 1.38·10-23 J/K – pemalar Boltzmann. Memandangkan 1 MeV = 1.6 10-13 J, kita memperoleh 1.6 10-6 E = 2.07 10-16 T, T = 7.7 109E. Nilai tenaga yang paling berkemungkinan untuk serpihan pembelahan ialah 97 MeV untuk serpihan ringan dan 65 MeV untuk serpihan berat. Kemudian suhu yang sepadan untuk serpihan ringan ialah 7.5 1011 K, untuk serpihan berat 5 1011 K. Walaupun suhu yang boleh dicapai dalam reaktor nuklear secara teorinya hampir tidak terhad, dalam praktiknya sekatan ditentukan oleh suhu maksimum bahan struktur dan bahan api yang dibenarkan. elemen.

Keistimewaan reaktor nuklear ialah 94% tenaga pembelahan ditukar kepada haba serta-merta, i.e. pada masa di mana kuasa reaktor atau ketumpatan bahan di dalamnya tidak mempunyai masa untuk berubah dengan ketara. Oleh itu, apabila kuasa reaktor berubah, pelepasan haba mengikuti proses pembelahan bahan api tanpa berlengah-lengah. Walau bagaimanapun, apabila reaktor dimatikan, apabila kadar pembelahan berkurangan lebih daripada berpuluh-puluh kali ganda, sumber pelepasan haba tertunda (sinaran gamma dan beta daripada produk pembelahan) kekal di dalamnya, yang menjadi dominan.

Kuasa reaktor nuklear adalah berkadar dengan ketumpatan fluks neuron di dalamnya, jadi sebarang kuasa secara teori boleh dicapai. Dalam amalan, kuasa maksimum ditentukan oleh kadar penyingkiran haba yang dikeluarkan dalam reaktor. Penyingkiran haba khusus dalam reaktor kuasa moden ialah 102 – 103 MW/m3, dalam reaktor vorteks – 104 – 105 MW/m3.

Haba dikeluarkan dari reaktor oleh penyejuk yang beredar melaluinya. Ciri ciri reaktor ialah pelepasan haba sisa selepas tindak balas pembelahan berhenti, yang memerlukan penyingkiran haba untuk masa yang lama selepas reaktor ditutup. Walaupun kuasa haba pereputan adalah jauh lebih rendah daripada kuasa nominal, peredaran penyejuk melalui reaktor mesti dipastikan dengan sangat pasti, kerana haba pereputan tidak dapat dikawal. Mengeluarkan bahan penyejuk daripada reaktor yang telah beroperasi untuk beberapa waktu adalah dilarang sama sekali untuk mengelakkan terlalu panas dan kerosakan pada unsur bahan api.

Reka bentuk reaktor nuklear kuasa

Reaktor kuasa nuklear ialah peranti di mana tindak balas rantai terkawal pembelahan nukleus unsur berat dijalankan, dan tenaga haba yang dikeluarkan semasa proses ini dikeluarkan oleh penyejuk. Unsur utama reaktor nuklear ialah teras. Ia menempatkan bahan api nuklear dan menjalankan tindak balas rantai pembelahan. Inti ialah himpunan elemen bahan api yang mengandungi bahan api nuklear yang diletakkan dengan cara tertentu. Reaktor neutron terma menggunakan penyederhana. Bahan penyejuk dipam melalui teras untuk menyejukkan elemen bahan api. Dalam beberapa jenis reaktor, peranan penyederhana dan penyejuk dilakukan oleh bahan yang sama, contohnya air biasa atau berat.

Untuk mengawal operasi reaktor, rod kawalan yang diperbuat daripada bahan dengan keratan rentas serapan neutron yang besar dimasukkan ke dalam teras. Teras reaktor kuasa dikelilingi oleh pemantul neutron - lapisan bahan penyederhana untuk mengurangkan kebocoran neutron dari teras. Di samping itu, terima kasih kepada reflektor, ketumpatan neutron dan pelepasan tenaga disamakan di seluruh isipadu teras, yang memungkinkan untuk mendapatkan kuasa yang lebih besar untuk saiz zon tertentu, mencapai pembakaran bahan api yang lebih seragam, meningkatkan masa operasi reaktor tanpa membebankan bahan api, dan memudahkan sistem penyingkiran haba. Reflektor dipanaskan oleh tenaga memperlahankan dan menyerap neutron dan gamma quanta, jadi penyejukannya disediakan. Teras, pemantul dan unsur-unsur lain ditempatkan dalam perumah atau selongsong tertutup, biasanya dikelilingi oleh perisai biologi.

Pengelasan reaktor

Reaktor dikelaskan mengikut tahap tenaga neutron yang terlibat dalam tindak balas pembelahan, mengikut prinsip penempatan bahan api dan penyederhana, tujuan yang dimaksudkan, jenis penyederhana dan penyejuk serta keadaan fizikalnya.

Mengikut tahap neutron bertenaga: reaktor boleh beroperasi pada neutron pantas, pada haba dan pada neutron tenaga perantaraan (resonans) dan, selaras dengan ini, dibahagikan kepada rektor pada neutron haba, cepat dan perantaraan (kadang-kadang untuk ringkasnya mereka dipanggil terma, cepat dan pertengahan).

DALAM reaktor neutron haba Kebanyakan pembelahan nuklear berlaku apabila nukleus isotop pembelahan menyerap neutron haba. Reaktor di mana pembelahan nuklear dijalankan terutamanya oleh neutron dengan tenaga lebih besar daripada 0.5 MeV dipanggil reaktor neutron pantas. Reaktor di mana kebanyakan pembelahan berlaku hasil daripada penyerapan neutron perantaraan oleh nukleus isotop fisil dipanggil reaktor neutron perantaraan (resonansi).

Pada masa ini, reaktor neutron haba paling meluas. Reaktor terma dicirikan oleh kepekatan bahan api nuklear 235U dalam teras dari 1 hingga 100 kg/m3 dan kehadiran jisim penyederhana yang besar. Reaktor neutron pantas dicirikan oleh kepekatan bahan api nuklear 235U atau 239U dari urutan 1000 kg/m3 dan ketiadaan penyederhana dalam teras.

Dalam reaktor neutron perantaraan, terdapat sedikit penyederhana dalam teras, dan kepekatan bahan api nuklear 235U di dalamnya adalah dari 100 hingga 1000 kg/m3.

Dalam reaktor neutron haba, pembelahan nukleus bahan api juga berlaku apabila neutron pantas ditangkap oleh nukleus, tetapi kebarangkalian proses ini adalah tidak ketara (1 - 3%). Keperluan untuk penyederhana neutron adalah disebabkan oleh fakta bahawa keratan rentas pembelahan berkesan nukleus bahan api adalah lebih besar pada tenaga neutron yang rendah berbanding pada yang besar.

Teras reaktor haba mesti mengandungi penyederhana - bahan yang nukleusnya mempunyai nombor jisim yang rendah. Grafit, air berat atau ringan, berilium, dan cecair organik digunakan sebagai penyederhana. Reaktor haba juga boleh beroperasi pada uranium semula jadi jika penyederhana adalah air berat atau grafit. Moderator lain memerlukan penggunaan uranium yang diperkaya. Dimensi kritikal reaktor yang diperlukan bergantung pada tahap pengayaan bahan api; apabila tahap pengayaan meningkat, mereka menjadi lebih kecil. Kelemahan ketara reaktor neutron terma ialah kehilangan neutron perlahan akibat daripada penangkapannya oleh penyederhana, penyejuk, bahan struktur dan hasil pembelahan. Oleh itu, dalam reaktor sedemikian adalah perlu untuk menggunakan bahan dengan keratan rentas kecil untuk menangkap neutron perlahan sebagai penyederhana, bahan penyejuk dan struktur.

DALAM reaktor neutron perantaraan, di mana kebanyakan peristiwa pembelahan disebabkan oleh neutron dengan tenaga melebihi haba (dari 1 eV hingga 100 keV), jisim penyederhana adalah kurang daripada dalam reaktor haba. Keanehan operasi reaktor sedemikian ialah keratan rentas pembelahan bahan api dengan pembelahan neutron yang semakin meningkat di kawasan perantaraan berkurangan kurang daripada keratan rentas penyerapan bahan struktur dan hasil pembelahan. Oleh itu, kebarangkalian peristiwa pembelahan meningkat berbanding dengan peristiwa penyerapan. Keperluan untuk ciri neutron bahan struktur adalah kurang ketat dan julatnya lebih luas. Akibatnya, teras reaktor neutron perantaraan boleh dibuat daripada bahan yang lebih tahan lama, yang memungkinkan untuk meningkatkan penyingkiran haba tertentu dari permukaan pemanasan reaktor. Pengayaan bahan api dengan isotop fisil dalam reaktor perantaraan, disebabkan penurunan keratan rentas, harus lebih tinggi daripada yang terma. Pembiakan bahan api nuklear dalam reaktor neutron perantaraan adalah lebih besar daripada dalam reaktor neutron haba.

Bahan yang neutron sederhana lemah digunakan sebagai penyejuk dalam reaktor perantaraan. Contohnya, logam cecair. Moderatornya ialah grafit, berilium, dsb.

Teras reaktor neutron pantas mengandungi rod bahan api dengan bahan api yang sangat diperkaya. Teras dikelilingi oleh zon pembiakan, yang terdiri daripada unsur bahan api yang mengandungi bahan mentah bahan api (uranium habis, torium). Neutron yang melarikan diri dari teras ditangkap di zon pembiakan oleh nukleus bahan mentah bahan api, mengakibatkan pembentukan bahan api nuklear baru. Kelebihan istimewa reaktor pantas ialah kemungkinan mengatur pembiakan bahan api nuklear yang diperluas di dalamnya, i.e. serentak dengan penjanaan tenaga, menghasilkan bahan api nuklear baharu dan bukannya bahan api nuklear yang hangus. Reaktor pantas tidak memerlukan penyederhana, dan penyejuk tidak perlu memperlahankan neutron.

sambungan
--PEMISAH HALAMAN--

Bergantung kepada kaedah meletakkan bahan api dalam teras, reaktor dibahagikan kepada homogen dan heterogen.

DALAM reaktor homogen bahan api nuklear, penyejuk dan penyederhana (jika ada) dicampur dengan sempurna dan berada dalam keadaan fizikal yang sama, i.e. Teras reaktor homogen sepenuhnya ialah campuran homogen cecair, pepejal atau gas bahan api nuklear, penyejuk atau penyederhana. Reaktor homogen boleh sama ada neutron haba atau cepat. Dalam reaktor sedemikian, seluruh zon aktif terletak di dalam badan sfera keluli dan mewakili campuran cecair homogen bahan api dan penyederhana dalam bentuk larutan atau aloi cecair (contohnya, larutan uranil sulfat dalam air, larutan uranium dalam bismut cecair), yang pada masa yang sama berfungsi sebagai penyejuk.

Tindak balas pembelahan nuklear berlaku dalam larutan bahan api di dalam bekas reaktor sfera, mengakibatkan peningkatan suhu larutan. Larutan mudah terbakar dari reaktor memasuki penukar haba, di mana ia memindahkan haba ke air litar sekunder, disejukkan dan dihantar semula ke reaktor oleh pam bulat. Untuk memastikan bahawa tindak balas nuklear tidak berlaku di luar reaktor, isipadu saluran paip litar, penukar haba dan pam dipilih supaya isipadu bahan api yang terletak di setiap bahagian litar adalah jauh lebih rendah daripada yang kritikal. Reaktor homogen mempunyai beberapa kelebihan berbanding reaktor heterogen. Ini adalah reka bentuk mudah teras dan dimensi minimumnya, keupayaan untuk terus mengeluarkan produk pembelahan dan menambah bahan api nuklear segar semasa operasi tanpa menghentikan reaktor, kemudahan menyediakan bahan api, dan juga fakta bahawa reaktor boleh dikawal dengan menukar kepekatan bahan api nuklear.

Walau bagaimanapun, reaktor homogen juga mempunyai kelemahan yang serius. Campuran homogen yang beredar melalui litar mengeluarkan sinaran radioaktif yang kuat, yang memerlukan perlindungan tambahan dan menyukarkan kawalan reaktor. Hanya sebahagian daripada bahan api berada di dalam reaktor dan digunakan untuk menjana tenaga, manakala sebahagian lagi berada dalam saluran paip luaran, penukar haba dan pam. Campuran yang beredar menyebabkan kakisan dan hakisan yang teruk pada sistem dan peranti reaktor dan litar. Pembentukan campuran bahan letupan dalam reaktor homogen hasil daripada radiolisis air memerlukan peranti untuk pembakaran selepasnya. Semua ini membawa kepada fakta bahawa reaktor homogen tidak digunakan secara meluas.

DALAM reaktor heterogen bahan api dalam bentuk blok diletakkan dalam moderator, i.e. bahan api dan penyederhana dipisahkan mengikut ruang.

Pada masa ini, hanya reaktor heterogen direka untuk tujuan tenaga. Bahan api nuklear dalam reaktor sedemikian boleh digunakan dalam keadaan gas, cecair dan pepejal. Walau bagaimanapun, kini reaktor heterogen hanya beroperasi pada bahan api pepejal.

Bergantung kepada bahan penyederhana, reaktor heterogen dibahagikan kepada grafit, air ringan, air berat dan organik. Mengikut jenis penyejuk, reaktor heterogen ialah air ringan, air berat, gas dan logam cecair. Bahan penyejuk cecair di dalam reaktor boleh berada dalam keadaan fasa tunggal dan dua fasa. Dalam kes pertama, penyejuk di dalam reaktor tidak mendidih, tetapi dalam kes kedua, ia mendidih.

Reaktor dalam teras yang suhu cecair penyejuk berada di bawah takat didih dipanggil reaktor air bertekanan, dan reaktor di mana bahan pendingin mendidih di dalamnya dipanggil reaktor air mendidih.

Bergantung kepada penyederhana dan penyejuk yang digunakan, reaktor heterogen direka mengikut reka bentuk yang berbeza. Di Rusia, jenis utama reaktor kuasa nuklear adalah penyejukan air dan grafit air.

Berdasarkan reka bentuknya, reaktor dibahagikan kepada reaktor vesel dan saluran. DALAM reaktor kapal tekanan penyejuk dibawa oleh perumah. Aliran penyejuk biasa mengalir di dalam bekas reaktor. DALAM reaktor saluran Bahan penyejuk dibekalkan ke setiap saluran dengan pemasangan bahan api secara berasingan. Kapal reaktor tidak dimuatkan dengan tekanan penyejuk; tekanan ini dibawa oleh setiap saluran individu.

Bergantung pada tujuannya, reaktor nuklear boleh menjadi reaktor kuasa, penukar dan penternak, penyelidikan dan pelbagai guna, pengangkutan dan perindustrian.

Reaktor kuasa nuklear digunakan untuk menjana elektrik di loji kuasa nuklear, di loji janakuasa kapal, di gabungan haba dan loji kuasa (CHPs) nuklear, serta di loji bekalan haba nuklear (HT).

Reaktor yang direka untuk menghasilkan bahan api nuklear sekunder daripada uranium dan torium semula jadi dipanggil penukar atau penternak. Dalam reaktor penukar, bahan api nuklear sekunder menghasilkan kurang daripada apa yang digunakan pada mulanya. Dalam reaktor pembiak baka, pembiakan bahan api nuklear yang diperluaskan dijalankan, i.e. ternyata lebih banyak daripada yang dibelanjakan.

Reaktor penyelidikan berfungsi untuk mengkaji proses interaksi neutron dengan jirim, mengkaji kelakuan bahan reaktor dalam medan sengit neutron dan sinaran gamma, penyelidikan radiokimia dan biologi, pengeluaran isotop, penyelidikan eksperimen fizik reaktor nuklear. Reaktor mempunyai kuasa yang berbeza, mod operasi pegun atau berdenyut. Yang paling meluas ialah reaktor penyelidikan air bertekanan menggunakan uranium diperkaya. Kuasa terma reaktor penyelidikan berbeza-beza dalam julat yang luas dan mencapai beberapa ribu kilowatt.

Pelbagai guna Reaktor yang mempunyai pelbagai tujuan, seperti menjana tenaga dan menghasilkan bahan api nuklear, dipanggil reaktor.

Tenaga nuklear: kebaikan dan keburukan

Tamadun moden tidak dapat difikirkan tanpa tenaga elektrik. Pengeluaran dan penggunaan tenaga elektrik semakin meningkat setiap tahun, tetapi momok kebuluran tenaga masa depan sudah menjulang di hadapan manusia disebabkan oleh penipisan deposit bahan api fosil dan peningkatan kerugian alam sekitar apabila mendapatkan tenaga elektrik.
Tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas nuklear adalah berjuta-juta kali lebih tinggi daripada yang dihasilkan oleh tindak balas kimia konvensional (contohnya, tindak balas pembakaran), supaya nilai kalori bahan api nuklear adalah jauh lebih besar daripada bahan api konvensional. Menggunakan bahan api nuklear untuk menjana elektrik adalah idea yang sangat menarik.
Kelebihan loji janakuasa nuklear (NPP) berbanding loji janakuasa terma (CHP) dan loji kuasa hidroelektrik (HPP) adalah jelas: tiada sisa, tiada pelepasan gas, tidak perlu menjalankan pembinaan dalam jumlah yang besar, membina empangan dan menimbus tanah yang subur di dasar takungan. Mungkin satu-satunya yang lebih mesra alam daripada loji tenaga nuklear ialah loji kuasa yang menggunakan tenaga solar atau angin. Tetapi kedua-dua turbin angin dan stesen janakuasa solar masih berkuasa rendah dan tidak dapat memenuhi keperluan orang ramai untuk elektrik yang murah - dan keperluan ini berkembang dengan lebih cepat dan lebih pantas. Namun begitu, kebolehlaksanaan membina dan mengendalikan loji kuasa nuklear sering dipersoalkan kerana kesan berbahaya bahan radioaktif terhadap alam sekitar dan manusia.

Pengalaman dan prospek dunia untuk pembangunan tenaga nuklear

Menurut IAEA, pada masa ini lebih daripada 18% tenaga elektrik dunia dihasilkan oleh reaktor nuklear, yang, lebih-lebih lagi, tidak seperti loji kuasa yang menggunakan bahan api fosil, tidak mencemarkan atmosfera. Kelebihan tenaga nuklear yang tidak dapat dinafikan ialah kosnya, yang lebih rendah daripada kebanyakan jenis loji kuasa lain. Menurut pelbagai anggaran, terdapat kira-kira 440 reaktor nuklear di dunia dengan jumlah kapasiti lebih 365 ribu MW, yang terletak di lebih 30 negara. Pada masa ini, 29 reaktor dengan jumlah kapasiti kira-kira 25 ribu MW sedang dibina di 12 negara.

Menurut pakar IAEA, menjelang 2030 keperluan tenaga dunia akan meningkat sekurang-kurangnya 50–60%. Seiring dengan pertumbuhan dalam penggunaan tenaga, terdapat kemerosotan yang sangat cepat bagi pembawa tenaga organik yang paling mudah diakses dan mudah - gas dan minyak. Menurut pengiraan ramalan, seperti yang dinyatakan oleh pusat maklumat dan analisis di bawah pentadbiran ketua negara, jangka hayat rizab mereka adalah 50-100 tahun. Permintaan yang semakin meningkat untuk sumber tenaga tidak dapat dielakkan membawa kepada kenaikan harga yang progresif.

Tenaga nuklear adalah salah satu sumber bekalan tenaga utama dunia. Menurut Agensi Tenaga Atom Antarabangsa yang sama, hanya pada tahun 2000–2005. 30 reaktor baharu telah mula beroperasi. Kapasiti penjanaan utama tertumpu di Eropah Barat dan Amerika Syarikat.

Strategi Tenaga Rusia untuk tempoh sehingga 2020, diluluskan oleh Dekri Kerajaan Persekutuan Rusia bertarikh 28 Ogos 2003 No. 1234-r, menetapkan matlamat, objektif, arahan utama dan parameter untuk pembangunan keseimbangan bahan api dan tenaga , memperuntukkan untuk mengatasi kecenderungan gas asli untuk menguasai pasaran tenaga domestik dengan pengurangan bahagiannya dalam jumlah penggunaan bahan api dan sumber tenaga, khususnya disebabkan peningkatan dalam penjanaan elektrik di loji janakuasa nuklear dan hidroelektrik (dari 10.8 kepada 12 %).

Hasil daripada pengoptimuman keseimbangan bahan api dan tenaga, keutamaan telah ditetapkan untuk lokasi wilayah kapasiti penjanaan: di bahagian Eropah Rusia, adalah dinasihatkan untuk membangunkan industri kuasa elektrik melalui peralatan semula teknikal kuasa haba sedia ada. loji, penciptaan loji kuasa kitaran gabungan dan pembangunan maksimum loji kuasa nuklear, yang sebahagian besarnya akan menampung peningkatan keperluan wilayah ini dalam tenaga elektrik.

Dalam senario pembangunan ekonomi yang optimistik Pengeluaran tenaga NPP sepatutnya meningkat kepada 200 bilion kWj pada tahun 2010 (1.4 kali) dan kepada 300 bilion kWj pada tahun 2020 (2 kali ganda). Di samping itu, ia dirancang untuk membangunkan pengeluaran tenaga haba daripada sumber tenaga nuklear kepada 30 juta Gcal setahun.

Dengan versi pembangunan ekonomi yang sederhana Keperluan untuk pengeluaran elektrik di loji tenaga nuklear mungkin mencecah sehingga 230 bilion kWj pada 2020. Kemungkinan meningkatkan pengeluaran tenaga di loji kuasa nuklear kepada 270 bilion kWj dikaitkan dengan penciptaan loji kuasa nuklear - loji janakuasa simpanan dipam, meningkatkan jumlah pengeluaran dan penggunaan tenaga haba di kawasan di mana loji janakuasa nuklear sedia ada dan baru dan loji tenaga nuklear terletak (sehingga 30 juta Gcal setahun), serta dengan pemindahan stesen pam gas saluran paip utama untuk pemacu elektrik dari loji kuasa nuklear, pembangunan industri intensif tenaga (aluminium, gas cecair, bahan api cecair sintetik , dan lain-lain.).

Bahagian pengeluaran elektrik di loji kuasa nuklear di bahagian Eropah di Rusia akan meningkat kepada 32% menjelang 2020.

Dengan kadar pertumbuhan pengeluaran elektrik di Rusia lebih daripada 2% setahun, tenaga nuklear sedang dalam misi untuk memastikan peningkatan tahunan dalam pengeluaran tenaga lebih daripada 4% dengan kadar peningkatan pengeluaran elektrik kepada 8 bilion kWj dan haba kepada 1.5 juta Gcal setahun.

Kompleks tenaga nuklear Rusia berpotensi untuk pembangunan dinamik mengikut parameter yang ditetapkan oleh Strategi Tenaga Rusia untuk tempoh sehingga 2020.

Perancangan negeri USSR pada tahun 80-an abad ke-20 ditentukan oleh permulaan abad ke-21 penciptaan loji kuasa nuklear di Rusia sehingga 50 GW dengan kadar pertumbuhan sehingga 2 GW setahun dan pengeluaran haba sehingga 40 juta Gcal setahun. Di samping itu, pembinaan loji janakuasa nuklear–loji janakuasa storan dipam storan (sehingga 10 GW kuasa puncak) telah dijangkakan. Malah, kira-kira separuh daripada kapasiti loji tenaga nuklear yang dirancang telah mula beroperasi (kadar pertumbuhan yang direalisasikan adalah sehingga 1 GW setahun). Pada masa ini, lebih daripada dua dozen unit kuasa nuklear dengan jumlah kapasiti kira-kira 20 GW berada pada pelbagai peringkat pembinaan yang belum selesai (pelaburan berjumlah lebih daripada $2.5 bilion, atau kira-kira 15% daripada jumlah kos modal untuk penciptaan kapasiti ini).

Untuk memastikan tahap penggunaan elektrik dan haba yang diramalkan dalam senario permintaan maksimum, adalah perlu untuk mentauliahkan kapasiti penjanaan loji kuasa nuklear sehingga 6 GW dalam dekad semasa (unit kuasa 3 NPP Kalinin, unit kuasa 5 Kursk RFN, unit kuasa 2 RFN Volgodonsk, unit kuasa 5 dan 6 RFN Balakovo, unit kuasa 4 RFN Beloyarsk ) dan sekurang-kurangnya 15 GW sehingga 2020 (dengan mengambil kira pengeluaran semula unit kuasa generasi pertama - 5.7 GW ), serta sehingga 2 GW loji kuasa nuklear. Akibatnya, jumlah kapasiti terpasang loji kuasa nuklear di Rusia harus meningkat kepada 40 GW dengan faktor kapasiti purata kira-kira 85% (tahap negara terkemuka dengan tenaga nuklear maju).

sambungan
--PEMISAH HALAMAN--

Selaras dengan ini, objektif utama pembangunan tenaga nuklear adalah:

Pemodenan dan lanjutan hayat operasi unit kuasa loji kuasa nuklear sedia ada selama 10–20 tahun;

Meningkatkan kecekapan pengeluaran tenaga dan penggunaan tenaga loji kuasa nuklear;

Penciptaan kompleks untuk memproses sisa radioaktif daripada loji kuasa nuklear dan sistem untuk mengendalikan bahan api nuklear yang disinari;

Pengeluaran semula unit kuasa generasi pertama yang telah bersara, termasuk melalui pengubahsuaian selepas tamat hayat perkhidmatan lanjutan mereka (dengan penciptaan rizab tepat pada masanya);

Pengeluaran semula kapasiti diperluas (kadar pertumbuhan purata - kira-kira 1 GW setahun) dan rizab pembinaan untuk tempoh akan datang;

Menguasai teknologi reaktor yang menjanjikan (BN-800, VVER-1500, ATPP, dll.) dengan pembangunan pangkalan bahan api yang sepadan.

Menyelesaikan masalah ini memerlukan pembangunan kompleks pembinaan dan pemasangan dan kejuruteraan kuasa nuklear (untuk meningkatkan kadar pentauliahan kapasiti daripada 0.2 kepada 1.5 GW setahun), serta peningkatan dalam sumber manusia.

Faktor terpenting dalam pembangunan tenaga nuklear ialah meningkatkan kecekapan pengeluaran tenaga di loji kuasa nuklear dengan mengurangkan kos unit pengeluaran (rizab dalaman) dan meluaskan pasaran untuk jualan tenaga daripada loji kuasa nuklear (potensi luaran).

KEPADA rizab dalaman loji tenaga nuklear(kira-kira 20% daripada pengeluaran tenaga) termasuk:

Meningkatkan NIUM kepada 85% dengan kadar pertumbuhan sehingga 2% setahun secara purata disebabkan oleh masa pembaikan yang lebih singkat dan peningkatan dalam tempoh pemulihan, memanjangkan kitaran bahan api, mengurangkan bilangan kegagalan peralatan semasa pemodenan dan pengubahsuaiannya, yang akan memastikan pengeluaran elektrik tambahan di loji kuasa nuklear yang beroperasi kira-kira 20 bilion kWj setahun (bersamaan dengan pentauliahan kapasiti terpasang sehingga 3 GW pada kos modal tertentu sehingga $150/kW);

Meningkatkan kecekapan unit kuasa dengan menambah baik ciri dan mod operasi dengan penjanaan tambahan di loji kuasa nuklear sedia ada lebih daripada 7 bilion kWj setahun (bersamaan dengan pentauliahan 1 GW kuasa dengan kos modal khusus kira-kira $200/kW);

Mengurangkan kos pengeluaran, termasuk dengan mengurangkan penggunaan tenaga untuk keperluan sendiri (untuk mereka bentuk nilai kira-kira 6%) dan mengurangkan bilangan kakitangan tertentu.

Potensi luaran– pengembangan sedia ada dan penciptaan pasaran baharu untuk penggunaan tenaga dan kuasa loji kuasa nuklear (lebih daripada 20% daripada pengeluaran tenaga):

Pembangunan pengeluaran tenaga haba dan bekalan haba (termasuk penciptaan loji kuasa nuklear), pengumpulan haba elektrik untuk bekalan haba ke bandar-bandar besar, penggunaan sisa haba gred rendah;

Penukaran stesen pemampat sistem penghantaran gas dengan jumlah kapasiti lebih daripada 3 GW kepada pemacu elektrik daripada loji kuasa nuklear, yang akan memastikan penjimatan gas lebih daripada 7 bilion m3 setahun;

Penyertaan dalam menampung ketidaksamaan jadual beban harian dengan mewujudkan kompleks tenaga loji kuasa nuklear - loji janakuasa simpanan dipam - kuasa puncak sehingga 5 GW;

Pembangunan pengeluaran intensif tenaga aluminium, gas cecair, bahan api cecair sintetik, hidrogen menggunakan loji kuasa nuklear.

Parameter yang dirancang untuk pembangunan tenaga nuklear menentukan kenaikan sederhana dalam tarif untuk pengeluaran tenaga elektrik daripada loji kuasa nuklear kepada 2.4 sen setiap 1 kWj menjelang 2015. Komponen operasi tarif TPP (kira-kira 3 sen/(kWj) – terutamanya kos bahan api) diunjurkan lebih tinggi daripada tarif loji kuasa nuklear. Purata margin daya saing loji tenaga nuklear akan melebihi 1.5 sen/(kWj), atau kira-kira 30%. Anggaran menunjukkan bahawa pembangunan maksimum tenaga nuklear menjelang 2020 akan memastikan penstabilan tarif jualan untuk pengguna dan akan menghalang kenaikannya kepada 10% sekiranya berlaku penggantungan pembangunan loji tenaga nuklear.

Mencapai parameter yang ditetapkan untuk pembangunan strategik tenaga nuklear di Rusia melibatkan pelaksanaan:

Potensi untuk memaksimumkan kecekapan loji kuasa nuklear, pembiakan (pengubahsuaian) dan pembangunan kapasiti loji kuasa nuklear;

Dasar pelaburan jangka panjang dalam sektor tenaga nuklear negeri dalam ekonomi;

Sumber dan mekanisme yang berkesan untuk pelaburan yang mencukupi dan tepat pada masanya.

Peluang yang berpotensi, prinsip asas dan arahan untuk pembangunan masa depan tenaga nuklear di Rusia, dengan mengambil kira keupayaan pangkalan bahan api, ditentukan oleh Strategi Pembangunan Tenaga Nuklear di Rusia pada separuh pertama abad ke-21, yang diluluskan pada tahun 2000 oleh Kerajaan Persekutuan Rusia.

Rizab uranium asli yang diterokai dan berpotensi, rizab uranium dan plutonium terkumpul, kapasiti kitaran bahan api nuklear sedia ada dengan dasar pelaburan dan eksport-import yang kukuh dari segi ekonomi memastikan pembangunan maksimum tenaga nuklear sehingga 2030 menggunakan terutamanya reaktor jenis VVER dalam kitaran bahan api nuklear terbuka .

Prospek pembangunan jangka panjang tenaga nuklear dikaitkan dengan kemungkinan sebenar pembaharuan dan penjanaan semula sumber bahan api nuklear tanpa kehilangan daya saing dan keselamatan tenaga nuklear. Dasar teknologi industri memperuntukkan pengenalan evolusi pada 2010–2030 teknologi tenaga nuklear generasi keempat baharu pada reaktor pantas dengan kitaran bahan api nuklear tertutup dan bahan api uranium-plutonium, yang menghapuskan sekatan ke atas bahan mentah bahan api untuk masa hadapan yang boleh dijangka.

Pembangunan tenaga nuklear akan mengoptimumkan keseimbangan bahan api dan sumber tenaga, mengekang kenaikan kos tenaga elektrik dan haba untuk pengguna, dan juga akan menyumbang kepada pertumbuhan ekonomi dan KDNK yang berkesan, meningkatkan potensi teknologi untuk pembangunan tenaga jangka panjang berasaskan pada loji janakuasa nuklear yang selamat dan kos efektif.

Ekologi

Walaupun loji tenaga nuklear beroperasi dengan sempurna dan tanpa sedikit pun kegagalan, operasinya pasti membawa kepada pengumpulan bahan radioaktif. Oleh itu, orang ramai perlu menyelesaikan masalah yang sangat serius, yang namanya penyimpanan sisa yang selamat.

Sisa dari mana-mana industri dengan skala besar pengeluaran tenaga, pelbagai produk dan bahan menimbulkan masalah besar. Pencemaran alam sekitar dan atmosfera di banyak kawasan di planet kita menimbulkan kebimbangan dan kebimbangan. Kita bercakap tentang kemungkinan memelihara flora dan fauna bukan dalam bentuk asalnya, tetapi sekurang-kurangnya dalam had piawaian alam sekitar minimum.

Sisa radioaktif terhasil pada hampir semua peringkat kitaran nuklear. Mereka terkumpul dalam bentuk bahan cecair, pepejal dan gas dengan pelbagai tahap aktiviti dan kepekatan. Kebanyakan sisa adalah paras rendah: air yang digunakan untuk membersihkan gas dan permukaan reaktor, sarung tangan dan kasut, alatan tercemar dan mentol lampu yang terbakar dari bilik radioaktif, peralatan terpakai, habuk, penapis gas dan banyak lagi.

Gas dan air tercemar disalurkan melalui penapis khas sehingga mencapai kesucian udara atmosfera dan air minuman. Penapis yang telah menjadi radioaktif dikitar semula bersama sisa pepejal. Mereka dicampur dengan simen dan dijadikan blok atau dituangkan ke dalam bekas keluli bersama dengan bitumen panas.

Perkara yang paling sukar untuk disediakan untuk penyimpanan jangka panjang ialah sisa tahap tinggi. Adalah lebih baik untuk menukar "sampah" sedemikian menjadi kaca dan seramik. Untuk melakukan ini, sisa dikalsinasi dan digabungkan dengan bahan yang membentuk jisim kaca-seramik. Ia dikira bahawa ia akan mengambil masa sekurang-kurangnya 100 tahun untuk melarutkan 1 mm lapisan permukaan jisim sedemikian di dalam air.

Tidak seperti kebanyakan sisa kimia, bahaya sisa radioaktif berkurangan dari semasa ke semasa. Kebanyakan isotop radioaktif mempunyai separuh hayat kira-kira 30 tahun, jadi dalam masa 300 tahun ia akan hampir hilang sepenuhnya. Oleh itu, untuk pelupusan akhir sisa radioaktif, adalah perlu untuk membina kemudahan penyimpanan jangka panjang yang boleh mengasingkan sisa daripada penembusannya ke alam sekitar sehingga pereputan lengkap radionuklid. Kemudahan penyimpanan sedemikian dipanggil tanah perkuburan.

Ia mesti diambil kira bahawa sisa tahap tinggi menghasilkan sejumlah besar haba untuk masa yang lama. Oleh itu, selalunya mereka dialihkan ke zon dalam kerak bumi. Zon terkawal diwujudkan di sekitar kemudahan penyimpanan, di mana sekatan dikenakan ke atas aktiviti manusia, termasuk penggerudian dan perlombongan.

Satu lagi cara untuk menyelesaikan masalah sisa radioaktif telah dicadangkan - menghantarnya ke angkasa. Sesungguhnya, jumlah sisa adalah kecil, jadi ia boleh dialihkan ke orbit angkasa yang tidak bersilang dengan orbit Bumi, dan pencemaran radioaktif akan dihapuskan selama-lamanya. Bagaimanapun, laluan ini ditolak kerana risiko kenderaan pelancar itu tiba-tiba kembali ke Bumi sekiranya berlaku sebarang masalah.

Beberapa negara serius mempertimbangkan kaedah menanam sisa radioaktif pepejal di perairan dalam lautan. Kaedah ini mengagumkan dengan kesederhanaan dan keberkesanan kosnya. Walau bagaimanapun, kaedah ini menimbulkan bantahan serius berdasarkan sifat menghakis air laut. Terdapat kebimbangan bahawa kakisan akan cepat memusnahkan integriti bekas, dan bahan radioaktif akan masuk ke dalam air, dan arus laut akan menyebarkan aktiviti ke seluruh laut.

Operasi loji tenaga nuklear bukan sahaja disertai oleh bahaya pencemaran sinaran, tetapi juga oleh jenis kesan alam sekitar yang lain. Kesan utama ialah kesan haba. Ia adalah satu setengah hingga dua kali lebih tinggi daripada loji kuasa haba.

Semasa operasi loji kuasa nuklear, terdapat keperluan untuk menyejukkan wap air sisa. Cara paling mudah ialah menyejukkan dengan air dari sungai, tasik, laut atau kolam yang dibina khas. Air yang dipanaskan sebanyak 5–15 °C kembali ke sumber yang sama. Tetapi kaedah ini membawa bahaya kemerosotan keadaan alam sekitar dalam persekitaran akuatik di lokasi loji kuasa nuklear.

Lebih meluas digunakan ialah sistem bekalan air menggunakan menara penyejuk, di mana air disejukkan kerana penyejatan dan penyejukan separanya.

Kerugian kecil diisi semula dengan penambahan air tawar yang berterusan. Dengan sistem penyejukan sedemikian, sejumlah besar wap air dan kelembapan titisan dilepaskan ke atmosfera. Ini boleh menyebabkan peningkatan dalam jumlah kerpasan, kekerapan pembentukan kabus dan kekeruhan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sistem penyejukan udara untuk wap air telah mula digunakan. Dalam kes ini, tiada kehilangan air, dan ia paling mesra alam. Walau bagaimanapun, sistem sedemikian tidak berfungsi pada suhu ambien purata yang tinggi. Di samping itu, kos elektrik meningkat dengan ketara.

Kesimpulan

Masalah tenaga adalah salah satu masalah terpenting yang perlu diselesaikan oleh manusia hari ini. Pencapaian sains dan teknologi seperti komunikasi segera, pengangkutan pantas, dan penerokaan angkasa lepas telah menjadi perkara biasa. Tetapi semua ini memerlukan sejumlah besar tenaga. Peningkatan mendadak dalam pengeluaran dan penggunaan tenaga telah membawa ke hadapan masalah akut baru pencemaran alam sekitar, yang menimbulkan bahaya serius kepada manusia.

Keperluan tenaga dunia akan meningkat dengan pesat dalam dekad akan datang. Mana-mana satu sumber tenaga tidak akan dapat menyediakannya, jadi adalah perlu untuk membangunkan semua sumber tenaga dan menggunakan sumber tenaga dengan cekap.

Pada peringkat pembangunan tenaga seterusnya (dekad pertama abad ke-21), tenaga arang batu dan tenaga nuklear dengan reaktor neutron haba dan pantas akan kekal sebagai yang paling menjanjikan. Walau bagaimanapun, kita boleh berharap bahawa manusia tidak akan berhenti di jalan kemajuan yang berkaitan dengan penggunaan tenaga dalam kuantiti yang semakin meningkat.

Bibliografi

1) Kessler "Tenaga Nuklear" Moscow: Energoizdat, 1986.

2) Kh. Margulova "Tenaga nuklear hari ini dan esok" Moscow: Sekolah Tinggi, 1989

3) J. Collier, J. Hewitt "Pengenalan Tenaga Nuklear" Moscow: Energoatomizdat, 1989

Abad kedua puluh ditandai dengan perkembangan jenis tenaga baru yang terkandung dalam nukleus atom, dan menjadi abad fizik nuklear. Tenaga ini berkali ganda lebih besar daripada tenaga bahan api yang digunakan oleh manusia sepanjang sejarahnya.

Menjelang pertengahan 1939, saintis di seluruh dunia mempunyai penemuan teori dan eksperimen yang penting dalam bidang fizik nuklear, yang memungkinkan untuk mengemukakan program penyelidikan yang meluas ke arah ini. Ternyata atom uranium boleh dipecahkan kepada dua bahagian. Ini membebaskan sejumlah besar tenaga. Di samping itu, proses pembelahan membebaskan neutron, yang seterusnya boleh membelah atom uranium lain dan menyebabkan tindak balas rantai nuklear. Tindak balas pembelahan nuklear uranium sangat berkesan dan jauh melebihi tindak balas kimia yang paling ganas. Mari kita bandingkan atom uranium dan molekul bahan letupan - trinitrotoluene (TNT). Pereputan molekul TNT membebaskan 10 elektron volt tenaga, dan pereputan nukleus uranium membebaskan 200 juta volt elektron, iaitu 20 juta kali lebih banyak.

Penemuan ini mencipta sensasi dalam dunia saintifik: dalam sejarah umat manusia tidak ada peristiwa saintifik yang lebih penting dalam akibatnya daripada penembusan atom ke dunia dan penguasaan tenaganya. Para saintis memahami bahawa tujuan utamanya adalah untuk menghasilkan tenaga elektrik dan menggunakannya di kawasan aman yang lain. Dengan pentauliahan loji tenaga nuklear perindustrian pertama di dunia dengan kapasiti 5 MW di USSR pada tahun 1954 di Obninsk, era tenaga nuklear bermula. Sumber pengeluaran elektrik ialah pembelahan nukleus uranium.

Pengalaman operasi loji kuasa nuklear pertama menunjukkan realiti dan kebolehpercayaan teknologi tenaga nuklear untuk pengeluaran elektrik industri. Negara perindustrian maju telah mula mereka bentuk dan membina loji tenaga nuklear dengan pelbagai jenis reaktor. Menjelang tahun 1964, jumlah kapasiti loji tenaga nuklear di dunia meningkat kepada 5 juta kW.

Sejak masa itu, pembangunan pesat tenaga nuklear telah bermula, yang memberikan sumbangan yang semakin ketara kepada jumlah pengeluaran elektrik di dunia, telah menjadi alternatif tenaga baharu yang menjanjikan. Ledakan pesanan untuk pembinaan loji tenaga nuklear bermula di Amerika Syarikat, dan kemudian di Eropah Barat, Jepun, dan USSR. Kadar pertumbuhan tenaga nuklear telah mencapai kira-kira 30% setahun. Menjelang tahun 1986, 365 unit kuasa dengan jumlah kapasiti terpasang sebanyak 253 juta kW telah beroperasi di loji kuasa nuklear di dunia. Dalam hampir 20 tahun, kuasa loji kuasa nuklear telah meningkat 50 kali ganda. Pembinaan loji tenaga nuklear telah dijalankan di 30 negara (Rajah 1.1).

Pada masa itu, penyelidikan Kelab Rom, komuniti berwibawa saintis terkenal dunia, telah diketahui secara meluas. Kesimpulan pengarang kajian itu bermuara kepada ketidakpastian pengurangan rizab semula jadi sumber tenaga organik yang agak hampir, termasuk minyak, kunci kepada ekonomi global, dan kenaikan mendadak harganya dalam masa terdekat. Dengan pemikiran ini, kuasa nuklear tidak mungkin datang pada masa yang lebih baik. Rizab bahan api nuklear yang berpotensi (2 8 U, 2 5 U, 2 2 Th) untuk jangka panjang menyelesaikan masalah penting bekalan bahan api di bawah pelbagai senario untuk pembangunan tenaga nuklear.

Keadaan untuk pembangunan tenaga nuklear sangat menggalakkan, dan penunjuk ekonomi loji kuasa nuklear juga mengilhami keyakinan; loji kuasa nuklear sudah berjaya bersaing dengan loji kuasa terma.

Tenaga nuklear memungkinkan untuk mengurangkan penggunaan bahan api fosil dan secara mendadak mengurangkan pelepasan bahan pencemar ke alam sekitar daripada loji kuasa haba.

Pembangunan tenaga nuklear adalah berdasarkan sektor tenaga yang ditubuhkan kompleks industri ketenteraan - reaktor dan reaktor industri yang cukup maju untuk kapal selam menggunakan kitaran bahan api nuklear (NFC) yang telah dicipta untuk tujuan ini, pengetahuan yang diperoleh dan pengalaman penting. Tenaga nuklear, yang mempunyai sokongan kerajaan yang besar, berjaya dimuatkan ke dalam sistem tenaga sedia ada, dengan mengambil kira peraturan dan keperluan yang wujud dalam sistem ini.

Masalah keselamatan tenaga, yang menjadi lebih teruk pada tahun 70-an abad kedua puluh. Sehubungan dengan krisis tenaga yang disebabkan oleh kenaikan harga minyak yang mendadak, pergantungan bekalannya kepada situasi politik memaksa banyak negara untuk mempertimbangkan semula program tenaga mereka. Pembangunan tenaga nuklear, dengan mengurangkan penggunaan bahan api fosil, mengurangkan pergantungan tenaga negara yang tidak mempunyai atau telah mengehadkan bahan api dan tenaga mereka sendiri

sumber daripada import mereka dan mengukuhkan keselamatan tenaga negara-negara ini.

Dalam proses pembangunan pesat tenaga nuklear, daripada dua jenis utama reaktor kuasa nuklear - neutron haba dan pantas - reaktor neutron haba telah menjadi yang paling meluas di dunia.

Jenis dan reka bentuk reaktor dengan penyederhana dan penyejuk berbeza yang dibangunkan oleh negara yang berbeza telah menjadi asas tenaga nuklear negara. Oleh itu, di Amerika Syarikat, reaktor air bertekanan dan reaktor air mendidih menjadi yang utama, di Kanada - reaktor air berat menggunakan uranium semulajadi, di bekas USSR - reaktor air bertekanan (VVER) dan reaktor air mendidih uranographite (RBMK), unit kuasa reaktor meningkat. Oleh itu, reaktor RBMK-1000 dengan kuasa elektrik 1000 MW telah dipasang di Loji Kuasa Nuklear Leningrad pada tahun 1973. Kuasa loji kuasa nuklear besar, contohnya Loji Kuasa Nuklear Zaporozhye (Ukraine), mencapai 6000 MW.

Memandangkan unit loji kuasa nuklear beroperasi dengan kuasa yang hampir malar, meliputi

Loji Kuasa Nuklear Pulau Tiga Batu (AS)

bahagian asas jadual beban harian sistem tenaga bersepadu; selari dengan loji janakuasa nuklear, loji janakuasa simpanan pam yang sangat mudah dikendalikan telah dibina di seluruh dunia untuk menampung bahagian jadual yang berubah-ubah dan menutup jurang malam dalam jadual beban.

Kepantasan pembangunan tenaga nuklear yang tinggi tidak sepadan dengan tahap keselamatannya. Berdasarkan pengalaman mengendalikan kemudahan tenaga nuklear, meningkatkan pemahaman saintifik dan teknikal tentang proses dan kemungkinan akibat, terdapat keperluan untuk menyemak semula keperluan teknikal, yang menyebabkan peningkatan dalam pelaburan modal dan kos operasi.

Tamparan serius terhadap pembangunan tenaga nuklear telah ditangani oleh kemalangan teruk di loji kuasa nuklear Pulau Three Mile di Amerika Syarikat pada tahun 1979, serta di beberapa kemudahan lain, yang membawa kepada semakan radikal keperluan keselamatan, mengetatkan peraturan sedia ada dan semakan semula program pembangunan loji tenaga nuklear di seluruh dunia menyebabkan kerosakan moral dan material yang besar kepada industri tenaga nuklear. Di Amerika Syarikat, yang merupakan peneraju dalam tenaga nuklear, pesanan untuk pembinaan loji tenaga nuklear dihentikan pada tahun 1979, dan pembinaannya di negara lain juga menurun.

Kemalangan teruk di loji kuasa nuklear Chernobyl di Ukraine pada tahun 1986, melayakkan pada skala antarabangsa insiden nuklear sebagai kemalangan tahap ketujuh tertinggi dan menyebabkan bencana alam sekitar di wilayah yang luas, kehilangan nyawa, perpindahan ratusan ribu rakyat, menjejaskan keyakinan masyarakat dunia terhadap tenaga nuklear.

“Tragedi di Chernobyl adalah satu amaran. Dan bukan sahaja dalam tenaga nuklear,” kata Ahli Akademik V.A. Legasov, ahli suruhanjaya kerajaan, timbalan ahli akademik pertama A.P. Alexandrov, yang mengetuai Institut Tenaga Atom yang dinamakan sempena I.V. Kurchatova.

Di banyak negara, program pembangunan tenaga nuklear telah digantung, dan di beberapa negara, rancangan yang dirancang sebelum ini untuk pembangunannya telah ditinggalkan sepenuhnya.

Walaupun begitu, menjelang 2000, loji tenaga nuklear yang beroperasi di 37 negara menghasilkan 16% daripada pengeluaran elektrik global.

Usaha yang tidak pernah berlaku sebelum ini untuk memastikan keselamatan operasi loji tenaga nuklear telah memungkinkan pada awal abad ke-21. memulihkan keyakinan orang ramai terhadap tenaga nuklear. Masanya akan datang untuk "kebangkitan semula" dalam perkembangannya.

Selain kecekapan dan daya saing ekonomi yang tinggi, ketersediaan sumber bahan api, kebolehpercayaan dan keselamatan, salah satu faktor penting ialah tenaga nuklear merupakan salah satu sumber elektrik yang paling mesra alam, walaupun masalah pelupusan bahan api terpakai masih kekal.

Keperluan untuk pembiakan (pembiakan) bahan api nuklear telah menjadi jelas, i.e. pembinaan reaktor neutron pantas (penternak), pengenalan pemprosesan bahan api yang terhasil. Pembangunan kawasan ini mempunyai insentif dan prospek ekonomi yang serius dan telah dijalankan di banyak negara.

Di USSR, kerja eksperimen pertama mengenai penggunaan industri reaktor neutron pantas bermula pada

1949, dan dari pertengahan 1950-an pentauliahan siri reaktor eksperimen BR-1, BR-5, BOR-60 bermula (1969), pada tahun 1973 loji kuasa nuklear dwiguna dengan kuasa reaktor 350 MW untuk pengeluaran elektrik dan penyahgaraman air laut; pada tahun 1980, reaktor industri BN-600 dengan kapasiti 600 MW telah dilancarkan.

Program pembangunan yang meluas dalam bidang ini telah dilaksanakan di Amerika Syarikat. Pada tahun 1966–1972 Reaktor eksperimen Enrico Fermi l telah dibina, dan pada tahun 1980 reaktor penyelidikan terbesar di dunia, FFTF dengan kapasiti 400 MW, telah mula beroperasi. Di Jerman, reaktor pertama mula beroperasi pada tahun 1974, tetapi reaktor berkuasa tinggi SNR-2, yang dibina, tidak pernah digunakan. Di Perancis, reaktor Phenix dengan kapasiti 250 MW telah dilancarkan pada tahun 1973, dan pada tahun 1986 reaktor Superphenix dengan kapasiti 1242 MW telah dilancarkan. Jepun menugaskan reaktor Joyo eksperimen pada tahun 1977, dan reaktor Monju 280 MW pada tahun 1994.

Dalam konteks krisis alam sekitar yang mana komuniti dunia memasuki abad ke-21, tenaga nuklear boleh memberi sumbangan besar untuk memastikan bekalan kuasa yang boleh dipercayai dan mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dan bahan pencemar ke alam sekitar.

Tenaga nuklear paling sesuai memenuhi prinsip pembangunan mampan yang diterima di peringkat antarabangsa, salah satu keperluan terpenting ialah ketersediaan bahan api dan sumber tenaga yang mencukupi dengan penggunaan yang stabil dalam jangka panjang.

Selaras dengan ramalan berdasarkan pengiraan dan pemodelan pembangunan masyarakat dan ekonomi dunia pada abad ke-21, peranan dominan industri kuasa elektrik akan kekal. Menjelang 2030, menurut ramalan Agensi Tenaga Antarabangsa (IEA), pengeluaran elektrik global akan lebih daripada dua kali ganda dan melebihi 30 trilion. kWj, dan menurut ramalan Agensi Tenaga Atom Antarabangsa (IAEA), dalam konteks "kebangkitan semula" tenaga nuklear, bahagiannya akan meningkat kepada 25% daripada pengeluaran elektrik global, dan lebih 100 reaktor baharu akan dibina di dunia dalam tempoh 15 tahun akan datang, dan kuasa loji kuasa nuklear akan meningkat daripada 370 juta kW pada tahun 2006 kepada 679 juta kW pada tahun 2030.

Pada masa ini, negara yang mempunyai bahagian yang tinggi daripada jumlah volum elektrik yang dijana sedang giat membangunkan tenaga nuklear, termasuk Amerika Syarikat, Jepun, Korea Selatan dan Finland. Perancis, dengan mengorientasikan semula industri tenaga elektrik negara kepada tenaga nuklear dan terus membangunkannya, berjaya menyelesaikan masalah tenaga selama beberapa dekad. Bahagian loji tenaga nuklear dalam pengeluaran elektrik di negara ini mencapai 80%. Negara membangun dengan bahagian penjanaan tenaga nuklear yang masih tidak ketara sedang membina loji kuasa nuklear pada kadar yang tinggi. Oleh itu, India mengumumkan hasratnya dalam jangka panjang untuk membina loji tenaga nuklear dengan kapasiti 40 juta kW, dan China - lebih daripada 100 juta kW.

Daripada 29 unit loji tenaga nuklear dalam pembinaan pada 2006, 15 terletak di Asia. Turki, Mesir, Jordan, Chile, Thailand, Vietnam, Azerbaijan, Poland, Georgia, Belarus dan negara lain merancang untuk mentauliahkan loji tenaga nuklear buat kali pertama.

Pembangunan lebih lanjut tenaga nuklear dirancang oleh Rusia, yang membayangkan membina loji kuasa nuklear dengan kapasiti 40 juta kW menjelang 2030. Di Ukraine, selaras dengan Strategi Tenaga Ukraine untuk tempoh sehingga 2030, ia dirancang untuk meningkatkan pengeluaran loji tenaga nuklear kepada 219 bilion kWj, mengekalkannya pada tahap 50% daripada jumlah keluaran, dan meningkatkan kapasiti loji tenaga nuklear sebanyak hampir 2 kali ganda, menjadikannya 29.5 juta kW, dengan faktor penggunaan kapasiti terpasang (IUR) sebanyak 85%, termasuk melalui pentauliahan unit baharu dengan kapasiti 1–1.5 juta kW dan lanjutan hayat operasi tenaga nuklear sedia ada unit loji (pada tahun 2006 di Ukraine, kapasiti loji kuasa nuklear berjumlah 13 .8 juta kW dengan pengeluaran 90.2 bilion kWj elektrik, atau kira-kira 48.7% daripada jumlah pengeluaran).

Kerja berterusan di banyak negara untuk menambah baik reaktor neutron haba dan pantas akan meningkatkan lagi kebolehpercayaan, kecekapan ekonomi dan keselamatan alam sekitar. Dalam hal ini, kerjasama antarabangsa menjadi penting. Oleh itu, dengan pelaksanaan pada masa depan projek antarabangsa GT MSR (reaktor penyejukan solar modular turbin gas), yang dicirikan oleh tahap keselamatan dan daya saing yang tinggi, meminimumkan sisa radioaktif, kecekapan boleh meningkat. sehingga 50%.

Penggunaan meluas pada masa hadapan struktur dua komponen tenaga nuklear, termasuk loji kuasa nuklear dengan reaktor neutron haba dan reaktor neutron pantas yang menghasilkan semula bahan api nuklear, akan meningkatkan kecekapan penggunaan uranium semula jadi dan mengurangkan tahap pengumpulan sisa radioaktif.

Perlu diingatkan peranan paling penting dalam pembangunan tenaga nuklear kitaran bahan api nuklear (NFC), yang sebenarnya merupakan faktor pembentuk sistemnya. Ini disebabkan oleh keadaan berikut:

• Kitaran bahan api nuklear mesti disediakan dengan semua penyelesaian struktur, teknologi dan reka bentuk yang diperlukan untuk operasi yang selamat dan cekap;
• Kitaran bahan api nuklear adalah syarat untuk penerimaan sosial dan kecekapan ekonomi tenaga nuklear dan penggunaannya yang meluas;
• pembangunan kitaran bahan api nuklear akan membawa kepada keperluan untuk menggabungkan tugas-tugas memastikan tahap keselamatan yang diperlukan loji kuasa nuklear yang menjana elektrik dan meminimumkan risiko yang berkaitan dengan pengeluaran bahan api nuklear, termasuk perlombongan uranium, pengangkutan, pemprosesan semula yang dibelanjakan bahan api nuklear (SNF) dan pelupusan sisa radioaktif (satu sistem keperluan keselamatan yang bersatu);
• peningkatan mendadak dalam pengeluaran dan penggunaan uranium (peringkat awal kitaran bahan api nuklear) membawa kepada peningkatan dalam bahaya radionuklid tahan lama semulajadi memasuki alam sekitar, yang memerlukan peningkatan kecekapan penggunaan bahan api, mengurangkan jumlah pembaziran dan menutup kitaran bahan api.

Kecekapan ekonomi loji kuasa nuklear bergantung secara langsung pada kitaran bahan api, termasuk mengurangkan masa untuk mengisi bahan api dan meningkatkan ciri prestasi pemasangan bahan api (FA). Oleh itu, adalah penting untuk terus membangunkan dan menambah baik kitaran bahan api nuklear dengan kadar penggunaan bahan api nuklear yang tinggi dan penciptaan kitaran bahan api tertutup sisa rendah.

Strategi tenaga Ukraine menyediakan pembangunan kitaran bahan api negara. Oleh itu, pengeluaran uranium harus meningkat daripada 0.8 ribu tan kepada 6.4 ribu tan pada tahun 2030, pengeluaran domestik zirkonium, aloi zirkonium dan komponen untuk pemasangan bahan api akan terus dibangunkan, dan pada masa akan datang penciptaan kitaran bahan api tertutup, serta penyertaan dalam kerjasama antarabangsa untuk pengeluaran bahan api nuklear. Penyertaan korporat Ukraine dijangka dalam penciptaan kemudahan untuk pengeluaran pemasangan bahan api untuk reaktor VVER dan dalam penciptaan Pusat Antarabangsa untuk Pengayaan Uranium di Rusia, dan kemasukan Ukraine ke dalam Bank Bahan Api Nuklear Antarabangsa yang dicadangkan oleh Amerika Syarikat.

Pembekalan bahan api kepada tenaga nuklear adalah amat penting untuk prospek pembangunannya. Permintaan semasa untuk uranium semulajadi di dunia adalah kira-kira 60 ribu tan, dengan jumlah rizab kira-kira 16 juta tan.

Pada abad ke-21 Peranan tenaga nuklear akan meningkat secara mendadak dalam memastikan peningkatan pengeluaran tenaga elektrik di dunia menggunakan teknologi yang lebih maju. Tenaga nuklear belum lagi mempunyai pesaing yang serius dalam jangka masa panjang. Untuk merealisasikan pembangunannya secara besar-besaran, ia, seperti yang telah ditunjukkan, mesti mempunyai ciri-ciri berikut: kecekapan tinggi, ketersediaan sumber, lebihan tenaga, keselamatan, kesan alam sekitar yang boleh diterima. Tiga keperluan pertama boleh dipenuhi menggunakan struktur dua komponen kuasa nuklear, yang terdiri daripada reaktor haba dan pantas. Dengan struktur sedemikian, adalah mungkin untuk meningkatkan kecekapan penggunaan uranium semulajadi dengan ketara, mengurangkan pengeluarannya dan mengehadkan tahap kemasukan radon ke dalam biosfera. Cara untuk mencapai tahap keselamatan yang diperlukan dan mengurangkan kos modal untuk kedua-dua jenis reaktor sudah diketahui; masa dan wang diperlukan untuk melaksanakannya. Apabila masyarakat menyedari keperluan untuk pembangunan lebih lanjut tenaga nuklear, teknologi struktur dua komponen sebenarnya akan disediakan, walaupun masih banyak yang perlu dilakukan dari segi mengoptimumkan loji tenaga nuklear dan struktur industri, termasuk bahan api perusahaan kitaran.

Tahap kesan alam sekitar ditentukan terutamanya oleh jumlah radionuklid dalam kitaran bahan api (uranium, plutonium) dan dalam kemudahan penyimpanan (Np, Am, Cm, produk pembelahan).

Risiko daripada pendedahan kepada isotop jangka pendek, contohnya 1 1 I dan 9 0 Sr, l 7 Cs, boleh dikurangkan ke tahap yang boleh diterima dengan meningkatkan keselamatan loji kuasa nuklear, kemudahan penyimpanan dan perusahaan kitar bahan api. Kebolehterimaan risiko sedemikian boleh dibuktikan dalam amalan. Tetapi sukar untuk dibuktikan dan mustahil untuk menunjukkan kebolehpercayaan pelupusan aktinida dan produk pembelahan tahan lama selama berjuta-juta tahun.

Tidak dinafikan, kita tidak boleh meninggalkan pencarian cara untuk melupuskan sisa radioaktif dengan pasti, tetapi adalah perlu untuk membangunkan kemungkinan menggunakan aktinida untuk menjana tenaga, i.e. menutup kitaran bahan api bukan sahaja untuk uranium dan plutonium, tetapi juga untuk aktinida (Np, Am, Cm, dll.). Transmutasi produk pembelahan tahan lama berbahaya dalam sistem reaktor neutron haba akan merumitkan struktur kuasa nuklear disebabkan oleh proses teknologi tambahan untuk pengeluaran dan pemprosesan bahan api nuklear atau akan meningkatkan bilangan jenis loji kuasa nuklear. Pengenalan Np, Am, Cm, aktinida dan produk pembelahan lain ke dalam bahan api reaktor akan merumitkan reka bentuknya, memerlukan pembangunan jenis bahan api nuklear baharu, dan akan menjejaskan keselamatan secara negatif.

Dalam hal ini, kemungkinan untuk mencipta struktur tiga komponen tenaga nuklear, yang terdiri daripada reaktor dan reaktor terma dan cepat untuk membakar Np, Am, Cm dan aktinida lain dan transmutasi beberapa produk pembelahan, sedang dipertimbangkan.

Masalah yang paling penting ialah pemprosesan dan pelupusan sisa radioaktif, yang boleh ditukar kepada bahan api nuklear.

Pada separuh pertama abad ke-21, manusia perlu membuat satu kejayaan saintifik dan teknikal ke arah pembangunan jenis tenaga baharu, termasuk elektronuklear menggunakan pemecut zarah bercas, dan pada termonuklear masa depan, yang memerlukan gabungan tenaga dan kerjasama antarabangsa.

RFN Tianwan adalah yang terbesar dari segi kapasiti unit unit kuasa antara semua loji kuasa nuklear yang sedang dalam pembinaan di China. Pelan induknya memperuntukkan kemungkinan membina empat unit kuasa dengan kapasiti 1000 MW setiap satu. Stesen ini terletak di antara Beijing dan Shanghai di pantai Laut Kuning. Kerja-kerja pembinaan di tapak bermula pada tahun 1998. Unit kuasa pertama loji kuasa nuklear dengan reaktor air sejukan air VVER-1000/428 dan turbin K-1000-60/3000, yang dilancarkan pada Mei 2006, telah mula beroperasi pada 2 Jun 2007, dan yang kedua unit jenis yang sama telah ditauliahkan pada 12 September 2007. Pada masa ini, kedua-dua unit kuasa loji nuklear beroperasi secara stabil pada 100% kuasa dan membekalkan elektrik ke wilayah Jiangsu di China. Ia dirancang untuk membina unit kuasa ketiga dan keempat RFN Tianwan.

Itu. di negara perindustrian di mana sumber tenaga asli tidak mencukupi. Negara-negara ini menghasilkan antara suku setengah daripada tenaga elektrik mereka daripada loji kuasa nuklear. Amerika Syarikat mengeluarkan hanya satu perlapan daripada tenaga elektriknya daripada loji kuasa nuklear, tetapi itu adalah kira-kira satu perlima daripada keluaran global.

Tenaga nuklear masih menjadi subjek perdebatan sengit. Penyokong dan penentang tenaga nuklear sangat berbeza dalam penilaian mereka tentang keselamatan, kebolehpercayaan dan kecekapan ekonominya. Di samping itu, terdapat spekulasi yang meluas tentang kemungkinan kebocoran bahan api nuklear daripada penjanaan elektrik dan penggunaannya untuk pengeluaran senjata nuklear.

Kitaran bahan api nuklear.

Tenaga nuklear ialah industri kompleks yang merangkumi banyak proses perindustrian yang bersama-sama membentuk kitaran bahan api. Terdapat pelbagai jenis kitaran bahan api, bergantung pada jenis reaktor dan bagaimana peringkat akhir kitaran berlaku.

Biasanya kitar bahan api terdiri daripada proses berikut. Bijih uranium dilombong di lombong. Bijih dihancurkan untuk memisahkan uranium dioksida, dan sisa radioaktif dilupuskan. Uranium oksida (kek kuning) yang terhasil ditukar kepada uranium heksafluorida, sebatian gas. Untuk meningkatkan kepekatan uranium-235, uranium heksafluorida diperkaya di loji pengasingan isotop. Uranium yang diperkaya kemudian ditukar semula menjadi uranium dioksida pepejal, yang digunakan untuk membuat pelet bahan api. Unsur bahan api (elemen bahan api) dikumpul daripada pelet, yang digabungkan ke dalam pemasangan untuk dimasukkan ke dalam teras reaktor nuklear loji kuasa nuklear. Bahan api terpakai yang dikeluarkan dari reaktor mempunyai tahap radiasi yang tinggi dan, selepas penyejukan di wilayah loji kuasa, dihantar ke kemudahan penyimpanan khas. Peruntukan juga dibuat untuk penyingkiran sisa sinaran tahap rendah yang terkumpul semasa operasi dan penyelenggaraan loji. Pada akhir hayat perkhidmatannya, reaktor itu sendiri mesti dinyahaktifkan (dengan penyahcemaran dan pelupusan komponen reaktor). Setiap peringkat kitaran bahan api dikawal untuk memastikan keselamatan orang ramai dan perlindungan alam sekitar.

reaktor nuklear.

Reaktor nuklear perindustrian pada mulanya dibangunkan hanya di negara yang mempunyai senjata nuklear. Amerika Syarikat, USSR, Great Britain dan Perancis sedang giat meneroka pilihan yang berbeza untuk reaktor nuklear. Walau bagaimanapun, selepas itu, tiga jenis reaktor utama telah menguasai industri tenaga nuklear, berbeza terutamanya dalam bahan api, penyejuk yang digunakan untuk mengekalkan suhu teras yang diingini, dan penyederhana yang digunakan untuk mengurangkan kelajuan neutron yang dikeluarkan semasa proses pereputan dan perlu. untuk mengekalkan tindak balas berantai.

Antaranya, jenis pertama (dan paling biasa) ialah reaktor uranium yang diperkaya, di mana air biasa atau "ringan" adalah kedua-dua penyejuk dan penyederhana (reaktor air ringan). Terdapat dua jenis utama reaktor air ringan: reaktor di mana wap yang memutarkan turbin dijana terus dalam teras (reaktor air mendidih), dan reaktor di mana wap dijana dalam litar luaran atau kedua yang disambungkan. ke litar primer oleh penukar haba dan penjana wap (reaktor kuasa air -VVER). Pembangunan reaktor air ringan bermula di bawah program angkatan tentera AS. Oleh itu, pada tahun 1950-an, General Electric dan Westinghouse membangunkan reaktor air ringan untuk kapal selam Tentera Laut AS dan kapal pengangkut pesawat. Firma-firma ini juga terlibat dalam program ketenteraan untuk membangunkan teknologi untuk penjanaan semula dan pengayaan bahan api nuklear. Dalam dekad yang sama, Kesatuan Soviet membangunkan reaktor air mendidih sederhana grafit.

Jenis kedua reaktor yang telah menemui aplikasi praktikal ialah reaktor yang disejukkan gas (dengan penyederhana grafit). Penciptaannya juga berkait rapat dengan program senjata nuklear awal. Pada akhir 1940-an dan awal 1950-an, Great Britain dan Perancis, yang berusaha mencipta bom atom mereka sendiri, menumpukan pada pembangunan reaktor penyejuk gas yang menghasilkan plutonium gred senjata dengan agak cekap dan juga boleh berjalan pada uranium semula jadi.

Jenis reaktor ketiga yang telah berjaya secara komersial ialah reaktor di mana kedua-dua penyejuk dan penyederhana adalah air berat, dan bahan api juga adalah uranium semula jadi. Pada permulaan zaman nuklear, potensi manfaat reaktor air berat telah diterokai di beberapa negara. Walau bagaimanapun, pengeluaran reaktor tersebut kemudiannya tertumpu terutamanya di Kanada, sebahagiannya kerana rizab uraniumnya yang besar.

Pembangunan industri nuklear.

Sejak Perang Dunia II, berpuluh bilion dolar telah dilaburkan dalam sektor elektrik di seluruh dunia. Ledakan bangunan ini didorong oleh permintaan elektrik yang berkembang pesat, jumlah penduduk yang jauh melebihi pertumbuhan dan pertumbuhan pendapatan negara. Penekanan utama adalah pada loji janakuasa haba (TPP) membakar arang batu dan, pada tahap yang lebih rendah, minyak dan gas, serta loji kuasa hidroelektrik. Tiada loji tenaga nuklear jenis industri sebelum tahun 1969. Menjelang tahun 1973, hampir semua negara perindustrian telah kehabisan sumber tenaga hidro berskala besar. Kenaikan harga tenaga selepas 1973, pertumbuhan pesat dalam permintaan elektrik, dan kebimbangan yang semakin meningkat tentang kehilangan kemerdekaan tenaga negara semuanya menyumbang kepada pandangan tenaga nuklear sebagai satu-satunya sumber tenaga alternatif yang berdaya maju untuk masa hadapan. Embargo minyak Arab pada 1973–1974 menghasilkan gelombang pesanan tambahan dan ramalan optimistik untuk pembangunan tenaga nuklear.

Tetapi setiap tahun berikutnya membuat pelarasan sendiri pada ramalan ini. Di satu pihak, kuasa nuklear mempunyai penyokongnya dalam kerajaan, industri uranium, makmal penyelidikan dan syarikat tenaga berpengaruh. Sebaliknya, timbul tentangan yang kuat, menyatukan kumpulan yang mempertahankan kepentingan penduduk, kebersihan alam sekitar dan hak pengguna. Perbahasan, yang berterusan sehingga hari ini, tertumpu terutamanya pada kesan berbahaya pelbagai peringkat kitaran bahan api terhadap alam sekitar, kemungkinan kemalangan reaktor dan kemungkinan akibatnya, organisasi pembinaan dan operasi reaktor, pilihan yang boleh diterima untuk pelupusan sisa nuklear, potensi sabotaj dan serangan pengganas di loji janakuasa nuklear, serta isu melipatgandakan usaha nasional dan antarabangsa dalam bidang bukan percambahan senjata nuklear.

Isu keselamatan.

Bencana Chernobyl dan kemalangan reaktor nuklear lain pada tahun 1970-an dan 1980-an, antara lain, menjelaskan bahawa kemalangan sedemikian sering tidak dapat diramalkan. Sebagai contoh, di Chernobyl, reaktor unit kuasa ke-4 telah rosak teruk akibat lonjakan kuasa mendadak yang berlaku semasa penutupan yang dijadualkan. Reaktor itu terkandung dalam cangkang konkrit dan dilengkapi dengan sistem penyejukan kecemasan dan sistem keselamatan moden yang lain. Tetapi tidak pernah terfikir oleh sesiapa pun bahawa apabila reaktor dimatikan, lompatan mendadak dalam kuasa boleh berlaku dan gas hidrogen yang terbentuk dalam reaktor selepas lompatan sedemikian, bercampur dengan udara, akan meletup sehingga ia akan memusnahkan bangunan reaktor. Akibat kemalangan itu, lebih daripada 30 orang maut, lebih daripada 200,000 orang di Kyiv dan kawasan jiran menerima dos radiasi yang besar, dan bekalan air Kyiv telah tercemar. Di utara tapak bencana - secara langsung di laluan awan radiasi - terdapat paya Pripyat yang luas, yang penting untuk ekologi Belarus, Ukraine dan barat Rusia.

Di Amerika Syarikat, kemudahan membina dan mengendalikan reaktor nuklear juga telah menghadapi banyak isu keselamatan yang telah memperlahankan pembinaan, memaksa banyak perubahan pada reka bentuk dan piawaian operasi, serta peningkatan kos dan kos tenaga. Nampaknya terdapat dua sumber utama kesukaran ini. Salah satunya ialah kekurangan pengetahuan dan pengalaman dalam sektor tenaga baharu ini. Satu lagi ialah pembangunan teknologi reaktor nuklear, yang menimbulkan masalah baru. Tetapi yang lama juga kekal, seperti kakisan paip penjana stim dan keretakan saluran paip reaktor air mendidih. Isu keselamatan lain belum diselesaikan sepenuhnya, seperti kerosakan yang disebabkan oleh perubahan mendadak dalam aliran penyejuk.

Ekonomi Tenaga Nuklear.

Pelaburan dalam tenaga nuklear, seperti pelaburan dalam bidang penjanaan elektrik yang lain, adalah wajar dari segi ekonomi jika dua syarat dipenuhi: kos per kilowatt-jam tidak lebih daripada kaedah pengeluaran alternatif yang paling murah, dan permintaan yang dijangkakan untuk elektrik adalah cukup tinggi sehingga tenaga yang dihasilkan boleh dijual pada harga yang melebihi kosnya. Pada awal 1970-an, prospek ekonomi global kelihatan sangat menguntungkan untuk tenaga nuklear: kedua-dua permintaan untuk elektrik dan harga bahan api utama, arang batu dan minyak, meningkat dengan pesat. Bagi kos pembinaan loji tenaga nuklear, hampir semua pakar yakin bahawa ia akan stabil atau mula menurun. Walau bagaimanapun, pada awal 1980-an, menjadi jelas bahawa anggaran ini adalah salah: pertumbuhan dalam permintaan elektrik terhenti, harga bahan api asli bukan sahaja tidak lagi meningkat, malah mula menurun, dan pembinaan loji tenaga nuklear lebih banyak lagi. mahal daripada jangkaan dalam ramalan yang paling pesimis. Akibatnya, tenaga nuklear di mana-mana memasuki tempoh kesukaran ekonomi yang serius, dan mereka paling serius di negara tempat ia berasal dan berkembang paling intensif - di Amerika Syarikat.

Jika kita menjalankan analisis perbandingan ekonomi tenaga nuklear di Amerika Syarikat, menjadi jelas mengapa industri ini telah kehilangan daya saingnya. Sejak awal 1970-an, kos loji tenaga nuklear telah meningkat dengan mendadak. Kos loji janakuasa haba konvensional terdiri daripada pelaburan modal langsung dan tidak langsung, kos bahan api, kos operasi dan kos penyelenggaraan. Sepanjang hayat perkhidmatan loji janakuasa haba arang batu, kos bahan api purata 50–60% daripada semua kos. Dalam kes loji kuasa nuklear, pelaburan modal mendominasi, menyumbang kira-kira 70% daripada semua kos. Kos modal reaktor nuklear baharu secara purata jauh melebihi kos bahan api loji janakuasa haba arang batu sepanjang hayat perkhidmatannya, yang menafikan kelebihan penjimatan bahan api dalam kes loji kuasa nuklear.

Prospek untuk tenaga nuklear.

Di antara mereka yang menegaskan keperluan untuk meneruskan pencarian cara yang selamat dan kos efektif untuk membangunkan tenaga nuklear, dua arah utama boleh dibezakan. Penyokong yang terdahulu percaya bahawa semua usaha harus ditumpukan pada menghapuskan ketidakpercayaan orang ramai terhadap keselamatan teknologi nuklear. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk membangunkan reaktor baharu yang lebih selamat daripada reaktor air ringan sedia ada. Terdapat dua jenis reaktor yang menarik di sini: reaktor "sangat selamat dari segi teknologi" dan reaktor penyejuk gas suhu tinggi "modular".

Prototaip reaktor sejukan gas modular telah dibangunkan di Jerman, serta di Amerika Syarikat dan Jepun. Tidak seperti reaktor air ringan, reka bentuk reaktor sejukan gas modular adalah sedemikian rupa sehingga keselamatan operasinya dipastikan secara pasif - tanpa tindakan langsung pengendali atau sistem perlindungan elektrik atau mekanikal. Reaktor yang sangat selamat dari segi teknologi juga menggunakan sistem perlindungan pasif. Reaktor sedemikian, idea yang dicadangkan di Sweden, nampaknya tidak melangkaui peringkat reka bentuk. Tetapi ia telah mendapat sokongan kuat di AS di kalangan mereka yang melihat potensi kelebihan berbanding reaktor penyejuk gas modular. Tetapi masa depan kedua-dua pilihan itu tidak pasti kerana kosnya yang tidak menentu, kesukaran pembangunan, dan masa depan kontroversi kuasa nuklear itu sendiri.

Penyokong aliran pemikiran lain percaya bahawa terdapat sedikit masa lagi untuk membangunkan teknologi reaktor baharu sebelum negara maju memerlukan loji janakuasa baharu. Pada pendapat mereka, keutamaan pertama adalah untuk merangsang pelaburan dalam tenaga nuklear.

Tetapi sebagai tambahan kepada dua prospek pembangunan tenaga nuklear ini, sudut pandangan yang sama sekali berbeza telah muncul. Dia meletakkan harapan pada penggunaan tenaga yang dibekalkan dengan lebih lengkap, sumber tenaga boleh diperbaharui (panel solar, dll.) dan penjimatan tenaga. Menurut penyokong sudut pandangan ini, jika negara maju beralih kepada membangunkan sumber cahaya yang lebih ekonomik, peralatan elektrik rumah, peralatan pemanas dan penghawa dingin, maka tenaga elektrik yang disimpan akan mencukupi untuk dilakukan tanpa semua loji kuasa nuklear yang sedia ada. Pengurangan penggunaan elektrik yang ketara menunjukkan kecekapan boleh menjadi faktor penting dalam mengehadkan permintaan elektrik.

Oleh itu, tenaga nuklear masih belum lulus ujian kecekapan, keselamatan dan muhibah awam. Masa depannya kini bergantung pada sejauh mana kawalan yang berkesan dan boleh dipercayai ke atas pembinaan dan operasi loji tenaga nuklear akan dilaksanakan, serta sejauh mana kejayaan beberapa masalah lain, seperti masalah pelupusan sisa radioaktif, akan diselesaikan. Masa depan tenaga nuklear juga bergantung pada daya maju dan pengembangan pesaing kuatnya - loji janakuasa haba arang batu, teknologi penjimatan tenaga baharu dan sumber tenaga boleh diperbaharui.

Tenaga tindak balas nuklear tertumpu dalam nukleus atom. Atom ialah zarah kecil yang membentuk semua jirim di Alam Semesta.

Jumlah tenaga daripada pembelahan nuklear adalah sangat besar dan boleh digunakan untuk mencipta tenaga elektrik, tetapi ia mesti dibebaskan terlebih dahulu daripada atom.

Mendapat tenaga

Memanfaatkan tenaga daripada tindak balas nuklear berlaku melalui peralatan yang boleh mengawal pembelahan atom untuk menghasilkan elektrik.

Bahan api yang digunakan untuk reaktor dan pengeluaran tenaga paling kerap adalah pelet unsur uranium. Dalam reaktor nuklear, atom uranium terpaksa runtuh. Apabila mereka berpecah, atom melepaskan zarah-zarah kecil yang dipanggil hasil pembelahan. Hasil pembelahan bertindak pada atom uranium lain untuk memisahkan - tindak balas berantai bermula. Tenaga nuklear yang dibebaskan daripada tindak balas berantai ini menghasilkan haba. Haba daripada reaktor nuklear menjadikannya sangat panas, jadi ia perlu menyejukkan.

Penyejuk terbaik dari segi teknologi biasanya air, tetapi sesetengah reaktor nuklear menggunakan logam cair atau garam cair. Bahan penyejuk yang dipanaskan daripada teras menghasilkan wap. Stim bertindak pada turbin stim, memutarkannya. Turbin disambungkan melalui penghantaran mekanikal kepada penjana, yang menghasilkan elektrik.
Reaktor dikawal menggunakan rod kawalan yang boleh diselaraskan dengan jumlah haba yang dihasilkan. Rod kawalan diperbuat daripada bahan seperti kadmium, hafnium atau boron untuk menyerap beberapa produk yang dihasilkan oleh pembelahan nuklear. Rod hadir semasa tindak balas berantai untuk mengawal tindak balas. Menanggalkan rod akan membolehkan tindak balas berantai berkembang lebih jauh dan menghasilkan lebih banyak tenaga elektrik.

Kira-kira 15 peratus daripada tenaga elektrik dunia dijana oleh loji kuasa nuklear.

Amerika Syarikat mempunyai lebih daripada 100 reaktor, walaupun AS menjana sebahagian besar tenaga elektriknya daripada bahan api fosil dan kuasa hidroelektrik.

Di Rusia terdapat 33 unit kuasa di 10 loji kuasa nuklear - 15% daripada baki tenaga negara.

Lithuania, Perancis dan Slovakia menggunakan kebanyakan tenaga elektrik mereka daripada loji kuasa nuklear.

Bahan api nuklear digunakan untuk menjana tenaga

Uranium adalah bahan api yang paling banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga tindak balas nuklear. Ini kerana atom uranium mudah pecah. Jenis uranium khusus yang dihasilkan, dipanggil U-235, jarang berlaku. U-235 membentuk kurang daripada satu peratus daripada uranium dunia.

Uranium dilombong di Australia, Kanada, Kazakhstan, Rusia, Uzbekistan dan mesti diproses sebelum boleh digunakan.

Memandangkan bahan api nuklear boleh digunakan untuk mencipta senjata, pengeluaran tertakluk kepada Perjanjian Non-Proliferasi untuk import uranium atau plutonium atau bahan api nuklear lain. Perjanjian itu menggalakkan penggunaan bahan api secara aman, serta mengehadkan percambahan jenis senjata ini.

Tenaga nuklear dan manusia

Tenaga nuklear nuklear menghasilkan tenaga elektrik yang boleh digunakan untuk menggerakkan rumah, sekolah, perniagaan dan hospital.

Reaktor pertama untuk menjana elektrik telah dibina di Idaho, Amerika Syarikat dan secara eksperimen mula menjana kuasa sendiri pada tahun 1951.

Pada tahun 1954, loji tenaga nuklear pertama telah dicipta di Obninsk, Rusia, direka untuk menyediakan tenaga untuk manusia.

Pembinaan reaktor untuk mengekstrak tenaga tindak balas nuklear memerlukan tahap teknologi yang tinggi dan hanya negara yang telah menandatangani perjanjian tanpa percambahan boleh mendapatkan uranium atau plutonium yang diperlukan. Atas sebab ini, kebanyakan loji tenaga nuklear terletak di negara maju di dunia.

Loji tenaga nuklear menghasilkan sumber yang boleh diperbaharui dan mesra alam. Mereka tidak mencemarkan udara atau menghasilkan pelepasan gas rumah hijau. Mereka boleh dibina di kawasan bandar atau luar bandar dan tidak secara radikal mengubah persekitaran di sekeliling mereka.

Bahan radioaktif daripada loji kuasa

Bahan radioaktif dalam p Reaktor adalah selamat kerana ia disejukkan dalam struktur berasingan yang dipanggil menara penyejuk. Stim bertukar kembali menjadi air dan boleh digunakan semula untuk menghasilkan elektrik. Lebihan wap hanya dikitar semula ke atmosfera, di mana ia tidak berbahaya seperti air tulen.

Walau bagaimanapun, tenaga daripada tindak balas nuklear mempunyai hasil sampingan dalam bentuk bahan radioaktif. Bahan radioaktif ialah koleksi nukleus yang tidak stabil. Nukleus ini kehilangan tenaga dan boleh menjejaskan banyak bahan di sekelilingnya, termasuk organisma hidup dan alam sekitar. Bahan radioaktif boleh menjadi sangat toksik, menyebabkan penyakit, meningkatkan risiko kanser, gangguan darah dan reput tulang.

Sisa radioaktif ialah sisa daripada operasi reaktor nuklear.

Sisa radioaktif meliputi pakaian pelindung yang dipakai oleh pekerja, alatan dan fabrik yang bersentuhan dengan habuk radioaktif. Sisa radioaktif adalah tahan lama. Bahan seperti pakaian dan alatan boleh kekal radioaktif selama beribu-ribu tahun. Kerajaan mengawal selia cara bahan-bahan ini dilupuskan supaya ia tidak mencemarkan apa-apa lagi.

Bahan api dan rod yang digunakan adalah sangat radioaktif. Pelet uranium yang digunakan mesti disimpan dalam bekas khas yang kelihatan seperti kolam renang yang besar.Sesetengah loji menyimpan bahan api yang digunakan di dalam tangki simpanan kering di atas tanah.

Air yang menyejukkan bahan api tidak bersentuhan dengan radioaktiviti dan oleh itu selamat.

Terdapat juga yang diketahui mempunyai prinsip operasi yang sedikit berbeza.

Penggunaan tenaga nuklear dan keselamatan sinaran

Pengkritik menggunakan tenaga tindak balas nuklear bimbang bahawa kemudahan penyimpanan sisa radioaktif akan bocor, retak atau runtuh. Bahan radioaktif kemudiannya boleh mencemari tanah dan air bawah tanah berhampiran tapak. Ini boleh membawa kepada masalah kesihatan yang serius bagi manusia dan organisma hidup di kawasan tersebut. Semua orang terpaksa berpindah.

Inilah yang berlaku di Chernobyl, Ukraine pada tahun 1986. Letupan wap di salah satu loji janakuasa reaktor nuklear keempat memusnahkannya dan kebakaran berlaku. Awan zarah radioaktif terbentuk, yang jatuh ke tanah atau hanyut bersama angin, dan zarah memasuki kitaran air di alam semula jadi sebagai hujan. Kebanyakan kejatuhan radioaktif jatuh di Belarus.

Akibat alam sekitar bencana Chernobyl berlaku serta-merta. Kilometer di sekitar tapak, hutan pain telah kering, dan warna merah pain mati telah menjadikan kawasan itu nama jolokan Hutan Merah. Ikan dari Sungai Pripyat berhampiran telah menjadi radioaktif dan orang ramai tidak akan dapat memakannya lagi. Lembu dan kuda mati. Lebih 100,000 orang telah dipindahkan selepas bencana itu, tetapi jumlah korban manusia dari Chernobyl sukar untuk ditentukan.

Kesan keracunan radiasi muncul hanya selepas bertahun-tahun. Bagi penyakit seperti kanser, sukar untuk menentukan puncanya.

Masa depan tenaga nuklear

Reaktor menggunakan pembelahan atau pemisahan atom untuk menghasilkan tenaga.

Tenaga tindak balas nuklear juga boleh dihasilkan dengan menggabungkan atau mencantumkan atom bersama. Dalam pengeluaran. Matahari, sebagai contoh, sentiasa mengalami pelakuran nuklear atom hidrogen untuk membentuk helium. Memandangkan kehidupan di planet kita bergantung kepada Matahari, kita boleh mengatakan bahawa pembelahan menjadikan kehidupan di Bumi mungkin.

Loji janakuasa nuklear belum lagi mempunyai keupayaan untuk menghasilkan tenaga dengan selamat dan boleh dipercayai melalui pelakuran nuklear (gabungan), tetapi saintis sedang meneroka pelakuran nuklear kerana proses itu berkemungkinan selamat dan lebih menjimatkan kos sebagai bentuk tenaga alternatif.

Tenaga tindak balas nuklear adalah sangat besar dan mesti digunakan oleh manusia. Cabaran untuk mendapatkan tenaga ini ialah banyak reka bentuk bersaing dengan penyejuk berbeza, suhu operasi dan tekanan penyejuk, penyederhana, dsb., sebagai tambahan kepada julat output kuasa reka bentuk. Oleh itu, pengalaman pembuatan dan operasi akan memainkan peranan penting.