Nishati ya nyuklia kwa kifupi. Nishati ya nyuklia nchini Urusi ni locomotive kwa ajili ya maendeleo ya viwanda vingine

nyumbani / Zamani

Matumizi ya nishati ya nyuklia ili kuibadilisha kuwa umeme ilifanyika kwanza katika nchi yetu mwaka wa 1954. Kiwanda cha kwanza cha nguvu za nyuklia (NPP) kilicho na uwezo wa kW 5000 kiliwekwa katika Obninsk. Nishati iliyotolewa katika kinu cha nyuklia ilitumiwa kugeuza maji kuwa mvuke, ambayo kisha ilizungusha turbine iliyounganishwa na jenereta. Maendeleo ya nishati ya nyuklia. Novovoronezh iliyoagizwa, Leningrad, Kursk, Kola na mitambo mingine ya nyuklia inafanya kazi kwa kanuni sawa. Reactors za vituo hivi zina nguvu ya MW 500-1000. Mitambo ya nyuklia imejengwa hasa katika sehemu ya Uropa ya nchi. Hii ni kutokana na faida za mitambo ya nyuklia ikilinganishwa na mitambo ya nishati ya joto inayotumia nishati ya mafuta. Vinu vya nyuklia havitumii mafuta ya kikaboni adimu na havibebiki usafiri wa reli na usafirishaji wa makaa ya mawe. Mimea ya nyuklia haitumii oksijeni ya anga na haichafui mazingira na majivu na bidhaa za mwako. Hata hivyo, kupata vinu vya nguvu za nyuklia katika maeneo yenye watu wengi kunaleta tishio linalowezekana. Katika mitambo ya mafuta (yaani polepole) ya nyutroni, ni 1-2% tu ya uranium hutumiwa. Matumizi kamili ya uranium hupatikana katika vinu vya haraka vya nyutroni, ambavyo pia vinahakikisha kuzaliana kwa mafuta mapya ya nyuklia kwa njia ya plutonium. Mnamo 1980, kinu cha kwanza cha kasi cha nyutroni duniani chenye uwezo wa MW 600 kilizinduliwa katika Beloyarsk NPP. Nishati ya nyuklia, kama viwanda vingine vingi, ina madhara au hatari ya mazingira. Hatari kubwa zaidi ni uchafuzi wa mionzi. Matatizo changamano hutokea kwa utupaji wa taka zenye mionzi na ubomoaji wa vinu vya zamani vya nguvu za nyuklia. Uhai wao wa huduma ni karibu miaka 20, baada ya hapo haiwezekani kurejesha vituo kutokana na yatokanayo na mionzi ya muda mrefu kwenye vifaa vya miundo. Kiwanda cha nguvu za nyuklia kimeundwa kwa kuzingatia usalama wa juu zaidi wa wafanyikazi wa kiwanda na umma akilini. Uzoefu wa uendeshaji wa vinu vya nyuklia duniani kote unaonyesha kuwa biolojia inalindwa kwa uhakika kutokana na athari za mionzi ya mitambo ya nyuklia katika operesheni ya kawaida. Walakini, mlipuko wa kinu cha nne kwenye kiwanda cha nguvu cha nyuklia cha Chernobyl ulionyesha kuwa hatari ya uharibifu wa msingi wa reactor kwa sababu ya makosa ya wafanyikazi na hesabu mbaya katika muundo wa mitambo inabaki kuwa ukweli, kwa hivyo hatua kali zaidi zinachukuliwa kupunguza hatari hii. . Vinu vya nyuklia vimewekwa kwenye manowari za nyuklia na meli za kuvunja barafu. Silaha ya nyuklia. Mmenyuko wa mnyororo usiodhibitiwa na sababu kubwa ya ukuzaji wa nyutroni hufanywa katika bomu la atomiki. Ili kutolewa kwa nishati (mlipuko) karibu mara moja kutokea, majibu lazima yaendelee na neutroni za haraka (bila kutumia wasimamizi 235). Kilipuko ni urani tupu g2U au 239 plutonium 94Pu. Ili mlipuko utokee, nyenzo za fissile lazima zizidi saizi muhimu. Hii inafanikiwa ama kwa kuchanganya haraka vipande viwili vya nyenzo zenye fissile na vipimo vidogo, au kwa kukandamiza kwa kasi kipande kimoja hadi saizi ambayo uvujaji wa nyutroni kupitia uso hushuka sana hivi kwamba vipimo vya kipande ni vya juu sana. Zote mbili hufanywa kwa kutumia vilipuzi vya kawaida. Bomu linapolipuka, joto hufikia makumi ya mamilioni ya kelvins. Kwa joto hili, shinikizo linaongezeka kwa kasi na wimbi la mlipuko wenye nguvu huundwa. Wakati huo huo, mionzi yenye nguvu hutokea. Bidhaa za msururu wa athari za mlipuko wa bomu zina mionzi nyingi na ni hatari kwa viumbe hai. Mabomu ya atomiki yalitumiwa na Merika mwishoni mwa Vita vya Kidunia vya pili dhidi ya Japan. Mnamo 1945, mabomu ya atomiki yalirushwa kwenye miji ya Japan ya Hiroshima na Nagasaki. Bomu la nyuklia (hidrojeni) hutumia mlipuko wa bomu la atomiki lililowekwa ndani ya bomu la thermonuclear kuanzisha majibu ya muunganisho. Suluhisho lisilo la kawaida liligeuka kuwa mlipuko wa bomu la atomiki hautumiwi kuongeza joto, lakini kukandamiza kwa nguvu mafuta ya nyuklia na mionzi inayotolewa wakati wa mlipuko wa bomu la atomiki. Katika nchi yetu, maoni kuu ya kuunda mlipuko wa nyuklia yaliwekwa mbele na A.D. Sakharov. Kwa kuundwa kwa silaha za nyuklia, kushinda vita ikawa haiwezekani. Vita vya nyuklia vinaweza kusababisha uharibifu wa ubinadamu, ndiyo sababu watu ulimwenguni kote wanapigania kupiga marufuku silaha za nyuklia.

"Nishati ya nyuklia"

Utangulizi

Nishati ni tawi muhimu zaidi la uchumi wa taifa, linalojumuisha rasilimali za nishati, uzalishaji, mabadiliko, usambazaji na matumizi ya aina mbalimbali za nishati. Huu ndio msingi wa uchumi wa nchi.

Ulimwengu unapitia mchakato wa ukuaji wa viwanda, ambao unahitaji matumizi ya ziada ya vifaa, ambayo huongeza gharama za nishati. Kwa ongezeko la watu, gharama za nishati kwa kilimo cha udongo, kuvuna, uzalishaji wa mbolea, nk.

Hivi sasa, rasilimali nyingi za asili za sayari zinazopatikana kwa urahisi zinaharibiwa. Malighafi inapaswa kutolewa kwa kina kirefu au kwenye rafu za bahari. Hifadhi ndogo ya mafuta na gesi duniani ingeonekana kuwaweka wanadamu kwenye matarajio ya shida ya nishati. Walakini, utumiaji wa nishati ya nyuklia huwapa wanadamu fursa ya kuepusha hili, kwani matokeo ya utafiti wa kimsingi katika fizikia ya kiini cha atomiki hufanya iwezekane kuzuia tishio la shida ya nishati kwa kutumia nishati iliyotolewa wakati wa athari fulani za viini vya atomiki. .

Historia ya maendeleo ya nishati ya nyuklia

Mnamo 1939, iliwezekana kugawa atomi ya urani kwa mara ya kwanza. Miaka mingine 3 ilipita, na kinu iliundwa huko USA kutekeleza athari ya nyuklia iliyodhibitiwa. Kisha, mwaka wa 1945, bomu la atomiki lilitengenezwa na kujaribiwa, na mwaka wa 1954, kituo cha kwanza cha nguvu za nyuklia kiliwekwa katika nchi yetu. Katika matukio haya yote, nishati kubwa ya kuoza kwa kiini cha atomiki ilitumiwa. Kiasi kikubwa zaidi cha nishati hutolewa kama matokeo ya muunganisho wa viini vya atomiki. Mnamo 1953, bomu la nyuklia lilijaribiwa kwa mara ya kwanza huko USSR, na mwanadamu alijifunza kuzaliana michakato inayotokea kwenye jua. Kwa sasa, muunganisho wa nyuklia hauwezi kutumika kwa madhumuni ya amani, lakini ikiwa hii itawezekana, watu watajipatia nishati nafuu kwa mabilioni ya miaka. Tatizo hili limekuwa mojawapo ya maeneo muhimu zaidi ya fizikia ya kisasa zaidi ya miaka 50 iliyopita.

Hadi karibu 1800, kuni ilikuwa mafuta kuu. Nishati ya kuni hupatikana kutoka kwa nishati ya jua iliyohifadhiwa katika mimea wakati wa maisha yao. Tangu Mapinduzi ya Viwandani, watu wamekuwa wakitegemea madini kama makaa ya mawe na mafuta, ambayo nishati yake pia ilitokana na nishati ya jua iliyohifadhiwa. Wakati mafuta kama vile makaa yanachomwa, atomi za hidrojeni na kaboni zilizo katika makaa ya mawe huchanganyika na atomi za oksijeni za hewa. Wakati hidrosi au dioksidi kaboni hutokea, joto la juu hutolewa, sawa na takriban 1.6 kilowati-saa kwa kilo au takriban volti 10 za elektroni kwa atomi ya kaboni. Kiasi hiki cha nishati ni kawaida kwa athari za kemikali ambazo husababisha mabadiliko katika muundo wa elektroniki wa atomi. Baadhi ya nishati iliyotolewa katika mfumo wa joto inatosha kudumisha majibu.

Kiwanda cha kwanza cha majaribio duniani cha nguvu za nyuklia chenye uwezo wa MW 5 kilizinduliwa katika USSR mnamo Juni 27, 1954 huko Obninsk. Kabla ya hili, nishati ya kiini cha atomiki ilitumiwa hasa kwa madhumuni ya kijeshi. Kuzinduliwa kwa kinu cha kwanza cha nishati ya nyuklia kuliashiria ufunguzi wa mwelekeo mpya katika nishati, ambao ulipata kutambuliwa katika Mkutano wa 1 wa Kimataifa wa Kisayansi na Kiufundi kuhusu Matumizi ya Amani ya Nishati ya Atomiki (Agosti 1955, Geneva).

Mnamo 1958, hatua ya 1 ya Kiwanda cha Nguvu za Nyuklia cha Siberia chenye uwezo wa MW 100 kiliwekwa (jumla ya uwezo wa kubuni 600 MW). Katika mwaka huo huo, ujenzi wa kiwanda cha nguvu cha nyuklia cha Beloyarsk ulianza, na Aprili 26, 1964, jenereta ya hatua ya 1 (kitengo cha MW 100) ilitoa sasa kwa mfumo wa nishati ya Sverdlovsk, kitengo cha 2 chenye uwezo wa 200. MW ilianza kutumika mnamo Oktoba 1967. Kipengele tofauti cha NPP ya Beloyarsk ni overheating ya mvuke (mpaka vigezo vinavyohitajika vinapatikana) moja kwa moja kwenye reactor ya nyuklia, ambayo ilifanya iwezekanavyo kutumia turbine za kawaida za kisasa juu yake karibu bila marekebisho yoyote.

Mnamo Septemba 1964, kitengo cha 1 cha Novovoronezh NPP chenye uwezo wa MW 210 kilizinduliwa. Gharama ya 1 kWh ya umeme (kiashiria muhimu zaidi cha kiuchumi cha uendeshaji wa mtambo wowote wa nguvu) kwenye mmea huu wa nguvu za nyuklia ilipungua kwa utaratibu: ilifikia kopecks 1.24. mnamo 1965, kopecks 1.22. mnamo 1966, kopecks 1.18. mnamo 1967, kopecks 0.94. mnamo 1968. Kitengo cha kwanza cha Novovoronezh NPP kilijengwa sio tu kwa matumizi ya viwandani, bali pia kama kituo cha maonyesho ili kuonyesha uwezo na faida za nishati ya nyuklia, kuegemea na usalama wa mitambo ya nyuklia. Mnamo Novemba 1965, katika jiji la Melekess, mkoa wa Ulyanovsk, kiwanda cha nguvu za nyuklia na kinu cha maji ya maji ya aina ya "kuchemka" yenye uwezo wa MW 50 kilianza kufanya kazi; mtambo huo ulikusanywa kulingana na muundo wa mzunguko mmoja. , kuwezesha mpangilio wa kituo. Mnamo Desemba 1969, kitengo cha pili cha Novovoronezh NPP (350 MW) kilizinduliwa.

Nje ya nchi, kiwanda cha kwanza cha nguvu za nyuklia cha kiviwanda chenye uwezo wa MW 46 kilianza kutumika mnamo 1956 huko Calder Hall (Uingereza). Mwaka mmoja baadaye, mtambo wa nyuklia wa MW 60 huko Shippingport (Marekani) ulianza kufanya kazi.

Misingi ya Nishati ya Nyuklia

Kiini cha atomiki sifa ya malipo Ze, wingi M, spin J, magnetic na umeme quadrupole moment Q, radius fulani R, isotopic spin T na lina nucleons - protoni na nyutroni. Viini vyote vya atomiki vimegawanywa kuwa thabiti na isiyo na msimamo. Sifa za viini thabiti hubaki bila kubadilika kwa muda usiojulikana. Viini visivyo imara hupitia mabadiliko ya aina mbalimbali.

Hali ya mionzi, au uozo wa hiari wa viini, iligunduliwa na mwanafizikia Mfaransa A. Becquerel mnamo 1896. Aligundua kwamba urani na misombo yake hutoa miale au chembe ambazo hupenya kupitia miili isiyo wazi na inaweza kuangazia sahani ya picha; Becquerel aligundua kuwa ukubwa wa mionzi ni sawia tu na ukolezi wa urani na hautegemei hali ya nje (joto, shinikizo) na ikiwa urani iko katika misombo yoyote ya kemikali.

Kuoza kwa alpha

Nishati ya kuunganisha ya kiini ina sifa ya upinzani wake kwa kutengana katika sehemu zake za sehemu. Ikiwa nishati ya kuunganisha ya kiini ni chini ya nishati ya kuunganisha ya bidhaa zake za kuoza, hii ina maana kwamba kiini kinaweza kuoza moja kwa moja. Wakati wa kuoza kwa alpha, chembe za alpha hubeba karibu nishati yote, na 2% tu yake huenda kwenye kiini cha pili. Wakati wa kuoza kwa alpha, nambari ya wingi hubadilika kwa vitengo 4 na nambari ya atomiki kwa vitengo viwili.

Nishati ya awali ya chembe ya alpha ni 4–10 MeV. Kwa kuwa chembe za alpha zina wingi mkubwa na malipo, njia yao ya bure katika hewa ni fupi. Kwa mfano, njia ya bure ya hewa kwa chembe za alpha zinazotolewa na kiini cha urani ni 2.7 cm, na zile zinazotolewa na radiamu ni 3.3 cm.

Kuoza kwa Beta

Huu ni mchakato wa ubadilishaji wa kiini cha atomiki kuwa kiini kingine na mabadiliko ya nambari ya atomiki bila kubadilisha nambari ya wingi. Kuna aina tatu za uozo wa beta: elektroni, positron, na kunasa elektroni ya obiti kwa nucleus ya atomiki. Aina ya mwisho ya kuoza pia inaitwa KWA-kamata, kwani katika kesi hii elektroni iliyo karibu na kiini ina uwezekano mkubwa wa kufyonzwa KWA makombora. Unyonyaji wa elektroni kutoka L Na M shells pia inawezekana, lakini uwezekano mdogo. Uhai wa nusu ya viini b-amilifu hutofautiana katika anuwai pana sana.

Idadi ya viini vya beta-amilifu inayojulikana kwa sasa ni takriban elfu moja na nusu, lakini 20 tu kati yao ni isotopu za beta-radioactive zinazotokea kiasili. Wengine wote hupatikana kwa njia ya bandia.

Usambazaji unaoendelea wa nishati ya kinetic ya elektroni iliyotolewa wakati wa kuoza inaelezewa na ukweli kwamba, pamoja na elektroni, antineutrino pia hutolewa. Ikiwa hapakuwa na antineutrinos, basi elektroni zingekuwa na kasi iliyoelezwa madhubuti, sawa na kasi ya kiini cha mabaki. Uvunjaji mkali katika wigo huzingatiwa kwa thamani ya nishati ya kinetic sawa na nishati ya kuoza kwa beta. Katika kesi hii, nguvu za kinetic za kiini na antineutrino ni sawa na sifuri na elektroni hubeba nishati yote iliyotolewa wakati wa majibu.

Wakati wa kuoza kwa elektroniki, kiini cha mabaki kina nambari ya agizo kubwa kuliko ile ya asili, huku ikidumisha nambari ya misa. Hii ina maana kwamba katika kiini cha mabaki idadi ya protoni iliongezeka kwa moja, na idadi ya neutroni, kinyume chake, ikawa ndogo: N= A– (Z+1).

Kuoza kwa Gamma

Viini thabiti viko katika hali inayolingana na nishati ya chini kabisa. Hali hii inaitwa msingi. Walakini, kwa kuwasha viini vya atomiki na chembe anuwai au protoni zenye nguvu nyingi, nishati fulani inaweza kuhamishiwa kwao na, kwa hivyo, kuhamishiwa kwa majimbo yanayolingana na nishati ya juu. Kubadilisha baada ya muda kutoka hali ya msisimko hadi hali ya chini, kiini cha atomiki kinaweza kutoa chembe, ikiwa nishati ya msisimko ni ya juu ya kutosha, au mionzi ya juu ya nishati ya umeme - gamma quantum. Kwa kuwa kiini cha msisimko kiko katika hali tofauti za nishati, mionzi ya gamma ina sifa ya wigo wa mstari.

Sifa ya ajabu na muhimu sana ya mmenyuko wa mpasuko ni kwamba mpasuko hutoa nyutroni nyingi. Hali hii inafanya uwezekano wa kuunda hali ya kudumisha mmenyuko wa kusimama au kuendeleza mgawanyiko wa nyuklia. Hakika, ikiwa katika kati iliyo na viini vya mpasuko nyutroni moja husababisha mmenyuko wa mgawanyiko, basi neutroni zinazotokana na mmenyuko zinaweza kwa uwezekano fulani kusababisha mgawanyiko wa nyuklia, ambayo inaweza kusababisha, chini ya hali zinazofaa, kwa maendeleo ya mchakato wa fission usio na udhibiti.

Vinu vya nyuklia

Wakati mgawanyiko wa viini vizito, neutroni kadhaa za bure hutolewa. Hii inafanya uwezekano wa kupanga kinachojulikana kama mmenyuko wa mnyororo wa fission, wakati neutroni, zinazoenea kwa njia iliyo na vipengele vizito, zinaweza kusababisha mgawanyiko wao na utoaji wa neutroni mpya za bure. Ikiwa mazingira ni kiasi kwamba idadi ya neutroni mpya iliyoundwa huongezeka, basi mchakato wa mgawanyiko huongezeka kama maporomoko ya theluji. Katika kesi wakati idadi ya neutroni inapungua wakati wa mgawanyiko unaofuata, mmenyuko wa mnyororo wa nyuklia huisha.

Ili kupata mmenyuko wa mnyororo wa nyuklia uliosimama, ni wazi ni muhimu kuunda hali ambazo kila kiini kinachochukua nyutroni, wakati wa mgawanyiko, hutoa kwa wastani nyutroni moja, ambayo huenda kuelekea mgawanyiko wa nucleus ya pili nzito.

Reactor ya nyuklia ni kifaa ambacho mmenyuko wa mnyororo unaodhibitiwa wa fission ya nuclei fulani nzito hufanyika na kudumishwa.

Mmenyuko wa mnyororo wa nyuklia katika reactor unaweza kutokea tu kwa idadi fulani ya viini vya fissile, ambavyo vinaweza kutengana kwa nishati yoyote ya neutroni. Ya vifaa vya fissile, muhimu zaidi ni isotopu 235U, sehemu ambayo katika uranium ya asili ni 0.714% tu.

Ijapokuwa 238U imevunjwa na neutroni ambazo nishati yake inazidi 1.2 MeV, mmenyuko wa mnyororo wa kujiendesha kwenye neutroni za haraka katika urani asilia hauwezekani kwa sababu ya uwezekano mkubwa wa mwingiliano wa inelastic wa 238U nuclei na neutroni za haraka. Katika kesi hii, nishati ya neutroni inakuwa chini ya kizingiti cha nishati ya fission ya nuclei 238U.

Matumizi ya msimamizi husababisha kupungua kwa unyonyaji wa resonant katika 238U, kwa kuwa neutroni inaweza kupita katika eneo la nishati ya resonant kama matokeo ya mgongano na nuclei ya msimamizi na kufyonzwa na nuclei 235U, 239Pu, 233U, sehemu ya msalaba ya fission. ambayo huongezeka kwa kiasi kikubwa kwa kupungua kwa nishati ya neutroni. Nyenzo zilizo na idadi ndogo ya misa na sehemu ndogo ya kunyonya (maji, grafiti, berili, nk) hutumiwa kama wasimamizi.

PAGE_BREAK--

Ili kuashiria mmenyuko wa mnyororo wa mgawanyiko, kiasi kinachoitwa sababu ya kuzidisha hutumiwa KWA. Hii ni uwiano wa idadi ya neutroni za kizazi fulani na idadi ya neutroni za kizazi kilichopita. Kwa mmenyuko wa mnyororo wa fission uliosimama KWA=1. Mfumo wa kuzaliana (reactor) ambayo KWA=1 inaitwa muhimu. Kama KWA>1, idadi ya neutroni kwenye mfumo huongezeka, na katika kesi hii inaitwa supercritical. Katika KWA< 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.

Katika msingi wa kinu cha nyutroni cha mafuta, pamoja na mafuta ya nyuklia, kuna wingi mkubwa wa dutu ya msimamizi, inayojulikana na sehemu kubwa ya msalaba wa kutawanya na sehemu ndogo ya msalaba wa kunyonya.

Ukanda amilifu wa kiyeyeo huwa karibu kila mara, isipokuwa vinuni maalum, vinavyozungukwa na kiakisi ambacho hurejesha baadhi ya nyuroni kwenye eneo amilifu kutokana na kutawanyika nyingi. Katika vinuru vya haraka, eneo amilifu limezungukwa na kanda za uzazi. Wao hujilimbikiza isotopu za fissile. Kwa kuongezea, maeneo ya uzazi pia hutumika kama kiakisi. Katika reactor ya nyuklia, bidhaa za fission hujilimbikiza, ambazo huitwa slag. Uwepo wa slags husababisha hasara za ziada za neutroni za bure.

Reactors za nyuklia, kulingana na uwekaji wa jamaa wa mafuta na msimamizi, imegawanywa katika homogeneous na heterogeneous. Katika reactor yenye homogeneous, msingi ni molekuli homogeneous ya mafuta, msimamizi na baridi kwa namna ya suluhisho, mchanganyiko au kuyeyuka. Reactor ambayo mafuta kwa namna ya vitalu au makusanyiko ya mafuta huwekwa kwenye msimamizi, na kutengeneza latiti ya kawaida ya kijiometri ndani yake, inaitwa tofauti.

Vipengele vya kinu cha nyuklia kama chanzo cha joto

Wakati wa uendeshaji wa reactor, joto hutolewa kwa kiasi tofauti katika vipengele vya mafuta (vijiti vya mafuta), na pia katika vipengele vyake vyote vya kimuundo. Hii inatokana, kwanza kabisa, kwa kupungua kwa vipande vya fission, mionzi ya beta na gamma, pamoja na viini vinavyoingiliana na neutroni, na, hatimaye, kwa kupungua kwa kasi ya neutroni. Vipande kutoka kwa mgawanyiko wa msingi wa mafuta huainishwa kulingana na kasi zinazolingana na joto la mamia ya mabilioni ya digrii.

Kwa kweli, E = m u 2 = 3RT, ambapo E - nishati ya kinetic ya vipande, MeV; R = 1.38 · 10-23 J / K - mara kwa mara ya Boltzmann. Kwa kuzingatia kwamba 1 MeV = 1.6 10-13 J, tunapata 1.6 10-6 E = 2.07 10-16 T, T = 7.7 109E. Thamani zinazowezekana zaidi za nishati kwa vipande vya mgawanyiko ni 97 MeV kwa kipande nyepesi na 65 MeV kwa nzito. Kisha joto linalolingana kwa kipande cha mwanga ni 7.5 1011 K, kwa kipande kizito 5 1011 K. Ingawa joto linaloweza kupatikana katika reactor ya nyuklia ni kinadharia karibu na ukomo, katika mazoezi vikwazo vinatambuliwa na kiwango cha juu cha joto kinachoruhusiwa cha vifaa vya miundo na mafuta. vipengele.

Upekee wa reactor ya nyuklia ni kwamba 94% ya nishati ya fission inabadilishwa kuwa joto mara moja, i.e. wakati ambapo nguvu ya reactor au wiani wa vifaa ndani yake hawana muda wa kubadili dhahiri. Kwa hiyo, wakati nguvu ya reactor inabadilika, kutolewa kwa joto hufuata mchakato wa fission ya mafuta bila kuchelewa. Hata hivyo, wakati reactor imezimwa, wakati kiwango cha fission kinapungua kwa zaidi ya makumi ya nyakati, vyanzo vya kutolewa kwa joto kuchelewa (mionzi ya gamma na beta kutoka kwa bidhaa za fission) hubakia ndani yake, ambayo huwa kubwa.

Nguvu ya kinu ya nyuklia inalingana na msongamano wa nyuro ndani yake, kwa hivyo nguvu yoyote inaweza kufikiwa kinadharia. Katika mazoezi, nguvu ya juu imedhamiriwa na kiwango cha kuondolewa kwa joto iliyotolewa kwenye reactor. Uondoaji maalum wa joto katika mitambo ya kisasa ya nguvu ni 102 - 103 MW / m3, katika mitambo ya vortex - 104 - 105 MW / m3.

Joto hutolewa kutoka kwa reactor na baridi inayozunguka kupitia hiyo. Kipengele cha sifa ya reactor ni kutolewa kwa joto la mabaki baada ya mmenyuko wa fission kuacha, ambayo inahitaji kuondolewa kwa joto kwa muda mrefu baada ya kuzimwa kwa reactor. Ingawa nguvu ya joto ya kuoza ni kidogo sana kuliko nguvu ya kawaida, mzunguko wa kupoeza kupitia kinu lazima uhakikishwe kwa uhakika sana, kwa kuwa joto la kuoza haliwezi kudhibitiwa. Kuondoa baridi kutoka kwa reactor ambayo imekuwa ikifanya kazi kwa muda ni marufuku kabisa ili kuzuia joto kupita kiasi na uharibifu wa vitu vya mafuta.

Ubunifu wa vinu vya nyuklia vya nguvu

Reactor ya nguvu ya nyuklia ni kifaa ambacho mmenyuko wa mnyororo unaodhibitiwa wa mgawanyiko wa viini vya vitu vizito hufanywa, na nishati ya joto iliyotolewa wakati wa mchakato huu huondolewa na baridi. Kipengele kikuu cha reactor ya nyuklia ni msingi. Inahifadhi mafuta ya nyuklia na hufanya athari ya mlolongo wa fission. Msingi ni mkusanyiko wa vipengele vya mafuta vyenye mafuta ya nyuklia yaliyowekwa kwa njia fulani. Vinu vya joto vya nyutroni hutumia msimamizi. Kimiminiko cha kupozea husukumwa kupitia msingi ili kupoza vipengele vya mafuta. Katika baadhi ya aina za mitambo, jukumu la msimamizi na baridi hufanywa na dutu moja, kwa mfano maji ya kawaida au mazito.

Ili kudhibiti uendeshaji wa reactor, vijiti vya kudhibiti vilivyotengenezwa kwa nyenzo na sehemu kubwa ya kunyonya ya neutroni huletwa ndani ya msingi. Msingi wa mitambo ya nguvu umezungukwa na kiakisi cha neutroni - safu ya nyenzo za msimamizi ili kupunguza uvujaji wa neutroni kutoka kwa msingi. Kwa kuongezea, shukrani kwa kiakisi, wiani wa neutron na kutolewa kwa nishati husawazishwa kwa kiasi cha msingi, ambayo inafanya uwezekano wa kupata nguvu kubwa kwa saizi fulani ya eneo, kufikia kuchomwa kwa mafuta zaidi, kuongeza wakati wa kufanya kazi wa reactor. bila kupakia mafuta kupita kiasi, na kurahisisha mfumo wa kuondoa joto. Kiakisi hicho huwashwa na nishati ya kupunguza kasi na kufyonzwa neutroni na gamma quanta, kwa hivyo upoaji wake hutolewa. Msingi, kiakisi na vipengele vingine vimewekwa katika nyumba iliyofungwa au casing, kwa kawaida kuzungukwa na kinga ya kibiolojia.

Uainishaji wa Reactor

Reactors zimeainishwa kulingana na kiwango cha nishati cha neutroni zinazohusika katika mmenyuko wa fission, kulingana na kanuni ya uwekaji wa mafuta na msimamizi, madhumuni yaliyokusudiwa, aina ya msimamizi na baridi na hali yao ya kimwili.

Kulingana na kiwango cha neutroni zenye nguvu: vinuru vinaweza kufanya kazi kwenye neutroni za haraka, kwenye mafuta na kwenye neutroni za nishati za kati (resonant) na, kwa mujibu wa hii, zimegawanywa katika rekta kwenye neutroni za joto, za haraka na za kati (wakati mwingine kwa ufupi wao ni. inayoitwa joto, haraka na kati).

KATIKA mtambo wa nyutroni wa joto Mgawanyiko mwingi wa nyuklia hutokea wakati viini vya isotopu zenye nyufa hunyonya neutroni za joto. Reactor ambamo mpasuko wa nyuklia unafanywa hasa na nyutroni zenye nishati kubwa kuliko 0.5 MeV huitwa reactor za neutroni za haraka. Reactor ambamo mpasuko mwingi hutokea kama matokeo ya kunyonya kwa nyutroni za kati na viini vya isotopu zenye mpasuko huitwa vinyunyuzi vya kati (resonant) vya neutroni.

Hivi sasa, mitambo ya mafuta ya neutroni imeenea zaidi. Reactors za joto zina sifa ya viwango vya mafuta ya nyuklia ya 235U katika msingi kutoka 1 hadi 100 kg / m3 na kuwepo kwa raia kubwa ya msimamizi. Reactor ya neutroni ya haraka ina sifa ya viwango vya 235U au 239U mafuta ya nyuklia ya utaratibu wa kilo 1000 / m3 na kutokuwepo kwa msimamizi katika msingi.

Katika reactors za neutroni za kati, kuna msimamizi mdogo sana katika msingi, na mkusanyiko wa mafuta ya nyuklia 235U ndani yake ni kutoka 100 hadi 1000 kg / m3.

Katika vinu vya joto vya nyutroni, mpasuko wa viini vya mafuta pia hutokea wakati neutroni za haraka zinakamatwa na kiini, lakini uwezekano wa mchakato huu ni mdogo (1 - 3%). Haja ya msimamizi wa nyutroni ni kutokana na ukweli kwamba sehemu za msalaba za mtengano wa mafuta ni kubwa zaidi kwa nishati ya chini ya neutroni kuliko kubwa.

Msingi wa reactor ya joto lazima iwe na msimamizi - dutu ambayo nuclei ina idadi ya chini ya molekuli. Graphite, maji mazito au mepesi, beriliamu, na vimiminika vya kikaboni hutumiwa kama msimamizi. Kinu cha mafuta kinaweza kufanya kazi kwenye urani asilia ikiwa msimamizi ni maji mazito au grafiti. Wasimamizi wengine wanahitaji matumizi ya uranium iliyoboreshwa. Vipimo muhimu vinavyohitajika vya reactor hutegemea kiwango cha uboreshaji wa mafuta; kadiri kiwango cha uboreshaji kinavyoongezeka, huwa ndogo. Ubaya mkubwa wa vinu vya joto vya nyutroni ni upotezaji wa neutroni polepole kama matokeo ya kukamatwa kwao na msimamizi, baridi, vifaa vya miundo na bidhaa za mtengano. Kwa hivyo, katika mitambo kama hiyo ni muhimu kutumia vitu vilivyo na sehemu ndogo za msalaba kwa kukamata polepole kwa neutroni kama msimamizi, vifaa vya baridi na vya miundo.

KATIKA vinu vya kati vya nyutroni, ambapo matukio mengi ya mgawanyiko husababishwa na neutroni zilizo na nishati juu ya joto (kutoka 1 eV hadi 100 keV), molekuli ya msimamizi ni chini ya reactors za joto. Upekee wa utendakazi wa kinu kama hicho ni kwamba sehemu ya msalaba ya mgawanyiko wa mafuta na kuongezeka kwa mpasuko wa neutroni katika eneo la kati hupungua chini ya sehemu ya msalaba wa kunyonya wa vifaa vya kimuundo na bidhaa za mtengano. Kwa hivyo, uwezekano wa matukio ya fission huongezeka ikilinganishwa na matukio ya kunyonya. Mahitaji ya sifa za neutroni za nyenzo za muundo ni ngumu kidogo na anuwai yao ni pana. Kwa hiyo, msingi wa reactor ya kati ya neutroni inaweza kufanywa kwa nyenzo za kudumu zaidi, ambayo inafanya uwezekano wa kuongeza uondoaji maalum wa joto kutoka kwenye uso wa joto wa reactor. Uboreshaji wa mafuta na isotopu ya fissile katika reactors za kati, kutokana na kupungua kwa sehemu ya msalaba, inapaswa kuwa ya juu zaidi kuliko yale ya joto. Uzalishaji wa mafuta ya nyuklia katika vinuru vya kati vya neutroni ni mkubwa zaidi kuliko katika kiyeyeyusha chenye joto cha nyutroni.

Dutu ambazo neutroni za wastani hafifu hutumika kama vipozezi katika viyeyusho vya kati. Kwa mfano, metali za kioevu. Msimamizi ni grafiti, beryllium, nk.

Kiini cha kinu cha kasi cha nyutroni kina vijiti vya mafuta na mafuta yaliyoboreshwa sana. Msingi umezungukwa na eneo la kuzaliana, linalojumuisha vipengele vya mafuta vyenye malighafi ya mafuta (uranium iliyopungua, thorium). Neutroni zinazotoka kwenye msingi hukamatwa katika eneo la kuzaliana na viini vya malighafi ya mafuta, na kusababisha kuundwa kwa mafuta mapya ya nyuklia. Faida maalum ya mitambo ya haraka ni uwezekano wa kuandaa uzazi wa kupanua wa mafuta ya nyuklia ndani yao, i.e. wakati huo huo na uzalishaji wa nishati, toa mafuta mapya ya nyuklia badala ya mafuta ya nyuklia yaliyoteketezwa. Reactor za haraka hazihitaji msimamizi, na baridi haihitaji kupunguza kasi ya neutroni.

Muendelezo
--PAGE_BREAK--

Kulingana na njia ya kuweka mafuta katika msingi, reactors imegawanywa katika homogeneous na heterogeneous.

KATIKA Reactor yenye homogeneous mafuta ya nyuklia, baridi na msimamizi (ikiwa ipo) imechanganywa kabisa na iko katika hali sawa ya kimwili, i.e. Msingi wa reactor isiyo na usawa ni mchanganyiko wa kioevu, dhabiti au wa gesi wa mafuta ya nyuklia, baridi au msimamizi. Reactor zenye usawa zinaweza kuwa neutroni ya joto au ya haraka. Katika reactor kama hiyo, eneo lote la kazi liko ndani ya mwili wa spherical wa chuma na inawakilisha mchanganyiko wa kioevu wa mafuta na msimamizi kwa njia ya suluhisho au aloi ya kioevu (kwa mfano, suluhisho la uranyl sulfate katika maji, suluhisho la maji). urani katika bismuth kioevu), ambayo wakati huo huo hutumika kama baridi.

Mmenyuko wa fission ya nyuklia hutokea katika ufumbuzi wa mafuta ndani ya chombo cha spherical reactor, na kusababisha ongezeko la joto la suluhisho. Suluhisho linaloweza kuwaka kutoka kwa reactor huingia kwenye mchanganyiko wa joto, ambapo huhamisha joto kwa maji ya mzunguko wa sekondari, hupozwa na hutumwa tena kwa reactor na pampu ya mviringo. Ili kuhakikisha kuwa mmenyuko wa nyuklia haufanyiki nje ya mtambo, kiasi cha mabomba ya mzunguko, mchanganyiko wa joto na pampu huchaguliwa ili kiasi cha mafuta kilicho katika kila sehemu ya mzunguko ni chini sana kuliko muhimu. Reactor zenye homogeneous zina faida kadhaa juu ya zile zisizo tofauti. Huu ni muundo rahisi wa msingi na vipimo vyake vidogo, uwezo wa kuendelea kuondoa bidhaa za mgawanyiko na kuongeza mafuta safi ya nyuklia wakati wa operesheni bila kusimamisha kiboreshaji, urahisi wa kuandaa mafuta, na pia ukweli kwamba reactor inaweza kudhibitiwa kwa kubadilisha. mkusanyiko wa mafuta ya nyuklia.

Walakini, mitambo ya homogeneous pia ina shida kubwa. Mchanganyiko wa homogeneous unaozunguka kupitia mzunguko hutoa mionzi yenye nguvu ya mionzi, ambayo inahitaji ulinzi wa ziada na inachanganya udhibiti wa reactor. Sehemu tu ya mafuta iko kwenye reactor na hutumiwa kuzalisha nishati, wakati sehemu nyingine iko kwenye mabomba ya nje, kubadilishana joto na pampu. Mchanganyiko unaozunguka husababisha kutu kali na mmomonyoko wa reactor na mifumo ya mzunguko na vifaa. Uundaji wa mchanganyiko unaolipuka kwenye kinu cha homogeneous kama matokeo ya radiolysis ya maji inahitaji vifaa vya kuchomwa kwake. Yote hii ilisababisha ukweli kwamba mitambo ya homogeneous haitumiwi sana.

KATIKA kiyeyeyuka tofauti mafuta kwa namna ya vitalu huwekwa kwenye msimamizi, i.e. mafuta na msimamizi wametenganishwa kwa anga.

Hivi sasa, ni reactors tofauti tu zimeundwa kwa madhumuni ya nishati. Mafuta ya nyuklia katika reactor vile yanaweza kutumika katika hali ya gesi, kioevu na imara. Hata hivyo, sasa reactors tofauti hufanya kazi tu kwenye mafuta imara.

Kulingana na dutu ya kukadiria, athari tofauti hugawanywa katika grafiti, maji nyepesi, maji mazito na kikaboni. Kulingana na aina ya kupoeza, vinu vya heterogeneous ni maji mepesi, maji mazito, gesi na chuma kioevu. Vipozezi vya kioevu ndani ya kiyeyezi vinaweza kuwa katika hali ya awamu moja na awamu mbili. Katika kesi ya kwanza, baridi ndani ya reactor haina kuchemsha, lakini katika pili, haina.

Reactor katika kiini ambacho halijoto ya kipozeo kioevu iko chini ya kiwango cha mchemko huitwa viyeyusho vya maji vilivyoshinikizwa, na viyeyusho ambamo majipu ya kupoeza ndani huitwa viyeyusho vya maji yanayochemka.

Kulingana na msimamizi na kipozezi kinachotumiwa, vinu vya kutofautisha vinaundwa kulingana na miundo tofauti. Katika Urusi, aina kuu za mitambo ya nguvu za nyuklia ni maji-kilichopozwa na maji-graphite.

Kulingana na muundo wao, mitambo imegawanywa katika vinu vya chombo na chaneli. KATIKA mitambo ya chombo shinikizo la baridi linabebwa na nyumba. Mtiririko wa kupozea wa kawaida hutiririka ndani ya chombo cha kiyeyusho. KATIKA vinu vya mitambo Kipozezi hutolewa kwa kila chaneli na mkusanyiko wa mafuta tofauti. Chombo cha reactor hakijapakiwa na shinikizo la kupoeza; shinikizo hili hubebwa na kila chaneli ya mtu binafsi.

Kulingana na madhumuni yao, vinu vya nyuklia vinaweza kuwa vinu vya nguvu, vibadilishaji fedha na wafugaji, utafiti na madhumuni mengi, usafiri na viwanda.

Vinu vya nyuklia hutumika kuzalisha umeme kwenye vinu vya nguvu za nyuklia, katika mitambo ya meli, kwenye mitambo ya nyuklia ya joto na nishati (CHPs), na pia kwenye mitambo ya usambazaji wa joto la nyuklia (HTs).

Reactors iliyoundwa kuzalisha mafuta ya pili ya nyuklia kutoka uranium asilia na thoriamu huitwa waongofu au wafugaji. Katika mtambo wa kubadilisha fedha, mafuta ya pili ya nyuklia hutoa chini ya yale yaliyotumiwa hapo awali. Katika reactor ya wafugaji, uzazi wa kupanua wa mafuta ya nyuklia unafanywa, i.e. inageuka zaidi ya iliyotumika.

Reactor za utafiti hutumika kwa kusoma michakato ya mwingiliano wa nyutroni na jambo, kusoma tabia ya vifaa vya reactor katika uwanja mkali wa mionzi ya neutroni na gamma, utafiti wa radiochemical na kibaolojia, utengenezaji wa isotopu, utafiti wa majaribio wa fizikia ya athari za nyuklia. Reactors zina nguvu tofauti, hali ya uendeshaji iliyosimama au ya kusukuma. Iliyoenea zaidi ni vinu vya utafiti wa maji vilivyoshinikizwa kwa kutumia uranium iliyorutubishwa. Nguvu ya joto ya vinu vya utafiti hutofautiana kwa anuwai na kufikia kilowati elfu kadhaa.

Madhumuni mengi Reactor ambazo hutumikia malengo mengi, kama vile kuzalisha nishati na kuzalisha mafuta ya nyuklia, huitwa vinu.

Nishati ya nyuklia: faida na hasara

Ustaarabu wa kisasa haufikiriki bila nishati ya umeme. Uzalishaji na matumizi ya umeme unaongezeka kila mwaka, lakini hofu ya njaa ya nishati ya siku zijazo tayari inakaribia mbele ya wanadamu kutokana na kupungua kwa amana za mafuta na kuongeza hasara za mazingira wakati wa kupata umeme.
Nishati iliyotolewa katika athari za nyuklia ni mamilioni ya mara ya juu kuliko ile inayozalishwa na athari za kawaida za kemikali (kwa mfano, athari za mwako), ili thamani ya kaloriki ya mafuta ya nyuklia ni kubwa zaidi kuliko ile ya mafuta ya kawaida. Kutumia mafuta ya nyuklia kuzalisha umeme ni wazo linalojaribu sana.
Faida za mitambo ya nyuklia (NPP) juu ya mitambo ya nguvu ya mafuta (CHP) na mitambo ya umeme wa maji (HPP) ni dhahiri: hakuna taka, hakuna uzalishaji wa gesi, hakuna haja ya kutekeleza idadi kubwa ya ujenzi, kujenga mabwawa na. kuzika ardhi yenye rutuba chini ya hifadhi. Labda mitambo pekee ambayo ni rafiki wa mazingira kuliko mitambo ya nyuklia ni mitambo inayotumia nishati ya jua au upepo. Lakini mitambo ya upepo na vituo vya nishati ya jua bado vina nguvu ya chini na haviwezi kukidhi mahitaji ya watu ya umeme wa bei nafuu - na hitaji hili linakua kwa kasi na haraka. Na bado, uwezekano wa kujenga na kuendesha mitambo ya nyuklia mara nyingi hutiliwa shaka kwa sababu ya athari mbaya za vitu vyenye mionzi kwenye mazingira na wanadamu.

Uzoefu wa dunia na matarajio ya maendeleo ya nishati ya nyuklia

Kulingana na IAEA, hivi sasa zaidi ya 18% ya nishati ya umeme duniani inazalishwa na vinu vya nyuklia, ambavyo, zaidi ya hayo, tofauti na vinu vinavyotumia nishati ya kisukuku, havichafui angahewa. Faida isiyoweza kuepukika ya nishati ya nyuklia ni gharama yake, ambayo ni ya chini kuliko aina zingine nyingi za mitambo ya nguvu. Kulingana na makadirio anuwai, kuna takriban mitambo ya nyuklia 440 ulimwenguni yenye uwezo wa zaidi ya 365,000 MW, ambayo iko katika nchi zaidi ya 30. Hivi sasa, vinu 29 vyenye uwezo wa jumla wa MW takriban elfu 25 vinajengwa katika nchi 12.

Kulingana na wataalamu wa IAEA, ifikapo mwaka 2030 mahitaji ya nishati duniani yataongezeka kwa angalau 50-60%. Pamoja na ukuaji wa matumizi ya nishati, kuna upungufu wa haraka wa janga wa wabebaji wa nishati ya kikaboni wanaopatikana kwa urahisi na rahisi - gesi na mafuta. Kulingana na hesabu za utabiri, kama ilivyoonyeshwa na kituo cha habari na uchambuzi chini ya usimamizi wa mkuu wa nchi, maisha ya akiba yao ni miaka 50-100. Kuongezeka kwa mahitaji ya rasilimali za nishati bila shaka husababisha kupanda kwao kwa bei.

Nishati ya nyuklia ni mojawapo ya vyanzo vikuu vya usambazaji wa nishati duniani. Kulingana na Wakala huo wa Kimataifa wa Nishati ya Atomiki, mnamo 2000-2005 pekee. vinu 30 vipya vilianza kutumika. Nguvu kuu za kuzalisha zimejikita katika Ulaya Magharibi na Marekani.

Mkakati wa Nishati wa Urusi kwa kipindi cha hadi 2020, iliyoidhinishwa na Amri ya Serikali ya Shirikisho la Urusi ya Agosti 28, 2003 No. 1234-r, inaweka malengo, malengo, maelekezo kuu na vigezo vya maendeleo ya usawa wa mafuta na nishati. , kutoa kwa kushinda tabia ya gesi asilia kutawala soko la nishati ya ndani na kupungua kwa sehemu yake katika matumizi ya jumla ya rasilimali za mafuta na nishati, haswa kutokana na kuongezeka kwa uzalishaji wa umeme kwenye mitambo ya nyuklia na umeme wa maji (kutoka 10.8 hadi 12). %).

Kama matokeo ya uboreshaji wa usawa wa mafuta na nishati, vipaumbele vimeanzishwa kwa eneo la eneo la uwezo wa kutoa: katika sehemu ya Uropa ya Urusi, inashauriwa kukuza tasnia ya nguvu ya umeme kupitia vifaa vya kiufundi vya upya wa nguvu zilizopo za mafuta. mimea, uundaji wa mitambo ya nguvu ya mzunguko wa pamoja na maendeleo ya juu ya mitambo ya nyuklia, ambayo itashughulikia kwa kiasi kikubwa mahitaji ya kuongezeka kwa eneo hili katika umeme.

Katika hali ya matumaini ya maendeleo ya kiuchumi Uzalishaji wa nishati ya NPP unapaswa kuongezeka hadi kWh bilioni 200 mnamo 2010 (mara 1.4) na hadi kWh bilioni 300 mnamo 2020 (mara 2). Aidha, imepangwa kuendeleza uzalishaji wa nishati ya joto kutoka vyanzo vya nishati ya nyuklia hadi Gcal milioni 30 kwa mwaka.

Na toleo la wastani la maendeleo ya kiuchumi Haja ya uzalishaji wa umeme kwenye vinu vya nyuklia inaweza kufikia hadi kWh bilioni 230 mnamo 2020. Uwezekano wa kuongeza uzalishaji wa nishati kwenye mitambo ya nyuklia hadi kWh bilioni 270 unahusishwa na uundaji wa mitambo ya nyuklia - mitambo ya kuhifadhi nishati ya pumped, kuongeza kiasi cha uzalishaji na matumizi ya nishati ya joto katika maeneo ambayo mitambo ya nyuklia iliyopo na mpya. mitambo ya nguvu ya nyuklia iko (hadi Gcal milioni 30 kwa mwaka), pamoja na uhamisho wa vituo vya kusukumia gesi mabomba kuu ya gari la umeme kutoka kwa mitambo ya nyuklia, maendeleo ya viwanda vinavyotumia nishati (alumini, gesi ya kioevu, mafuta ya kioevu ya synthetic. , na kadhalika.).

Sehemu ya uzalishaji wa umeme kwenye vinu vya nyuklia katika sehemu ya Uropa ya Urusi itaongezeka hadi 32% ifikapo 2020.

Kwa kiwango cha ukuaji wa uzalishaji wa umeme nchini Urusi cha zaidi ya 2% kwa mwaka, nishati ya nyuklia iko kwenye dhamira ya kuhakikisha ongezeko la kila mwaka la uzalishaji wa nishati ya zaidi ya 4% na kiwango cha kuongezeka kwa uzalishaji wa umeme hadi kWh bilioni 8 na joto. hadi Gcal milioni 1.5 kwa mwaka.

Mchanganyiko wa nishati ya nyuklia wa Urusi una uwezo wa maendeleo ya nguvu kulingana na vigezo vilivyowekwa na Mkakati wa Nishati wa Urusi kwa kipindi hadi 2020.

Mipango ya serikali ya USSR katika miaka ya 80 ya karne ya 20 iliyoamuliwa na mwanzo wa karne ya 21 uundaji wa mitambo ya nyuklia nchini Urusi hadi 50 GW na kiwango cha ukuaji wa hadi 2 GW kwa mwaka na uzalishaji wa joto hadi milioni 40. Gcal kwa mwaka. Kwa kuongezea, ujenzi wa mitambo ya kuhifadhi nishati ya nyuklia-uhifadhi wa pampu ya kuhifadhi (hadi GW 10 ya nguvu ya kilele) ilitarajiwa. Kwa hakika, karibu nusu ya uwezo wa mtambo wa nyuklia uliopangwa umeanza kutumika (kiwango cha ukuaji kilichopatikana ni hadi GW 1 kwa mwaka). Hivi sasa, zaidi ya dazeni mbili za nguvu za nyuklia zenye uwezo wa jumla wa GW 20 ziko katika hatua tofauti za ujenzi ambao haujakamilika (uwekezaji ni zaidi ya dola bilioni 2.5, au karibu 15% ya jumla ya gharama za mtaji kwa kuunda uwezo huu).

Ili kuhakikisha viwango vilivyotabiriwa vya matumizi ya umeme na joto katika hali ya juu ya mahitaji, inahitajika kuagiza uwezo wa mtambo wa nyuklia wa hadi 6 GW katika muongo wa sasa (kitengo cha nguvu 3 cha Kalinin NPP, kitengo cha nguvu 5 cha Kursk. NPP, kitengo cha nguvu 2 cha Volgodonsk NPP, vitengo vya nguvu 5 na 6 vya Balakovo NPP, kitengo cha nguvu 4 cha Beloyarsk NPP ) na angalau 15 GW hadi 2020 (kwa kuzingatia uzazi wa vitengo vya nguvu vya kizazi cha kwanza - 5.7 GW ), pamoja na hadi 2 GW ya mitambo ya nyuklia. Kama matokeo, jumla ya uwezo uliowekwa wa mitambo ya nyuklia nchini Urusi inapaswa kuongezeka hadi 40 GW na sababu ya wastani ya takriban 85% (kiwango cha nchi zinazoongoza zilizo na nishati ya nyuklia iliyoendelea).

Muendelezo
--PAGE_BREAK--

Kwa mujibu wa hili, malengo makuu ya maendeleo ya nishati ya nyuklia ni:

Uboreshaji na upanuzi wa maisha ya uendeshaji wa vitengo vya nguvu vya mitambo ya nyuklia iliyopo kwa miaka 10-20;

Kuongeza ufanisi wa uzalishaji wa nishati na matumizi ya nishati ya mitambo ya nyuklia;

Uundaji wa vifaa vya usindikaji taka za mionzi kutoka kwa mitambo ya nyuklia na mfumo wa kushughulikia mafuta ya nyuklia;

Uzazi wa vitengo vya nguvu vya kizazi cha kwanza vilivyostaafu, ikiwa ni pamoja na kupitia ukarabati baada ya kukamilika kwa maisha yao ya huduma ya kupanuliwa (pamoja na kuundwa kwa hifadhi kwa wakati);

Uzazi wa uwezo uliopanuliwa (kiwango cha wastani cha ukuaji - takriban 1 GW kwa mwaka) na hifadhi ya ujenzi kwa vipindi vijavyo;

Teknolojia za kuahidi za reactor (BN-800, VVER-1500, ATPP, nk.) na maendeleo ya msingi wa mafuta unaolingana.

Kutatua matatizo haya inahitaji maendeleo ya ujenzi na ufungaji tata na uhandisi wa nguvu za nyuklia (kuongeza kiwango cha kuwaagiza uwezo kutoka 0.2 hadi 1.5 GW kwa mwaka), pamoja na ongezeko la rasilimali watu.

Mambo muhimu zaidi katika ukuzaji wa nishati ya nyuklia ni kuongeza ufanisi wa uzalishaji wa nishati kwenye vinu vya nyuklia kwa kupunguza gharama za kitengo cha uzalishaji (hifadhi ya ndani) na kupanua masoko ya mauzo ya nishati kutoka kwa vinu vya nyuklia (uwezo wa nje).

KWA akiba ya ndani ya mitambo ya nyuklia(takriban 20% ya uzalishaji wa nishati) ni pamoja na:

Kuongeza NIUM hadi 85% na kiwango cha ukuaji cha hadi 2% kwa mwaka kwa wastani kwa sababu ya nyakati fupi za ukarabati na ongezeko la kipindi cha ubadilishaji, kupanua mizunguko ya mafuta, kupunguza idadi ya kushindwa kwa vifaa wakati wa kisasa na ukarabati wake, ambayo itahakikisha uzalishaji wa ziada wa umeme katika uendeshaji wa mitambo ya nyuklia ya karibu kWh bilioni 20 kwa mwaka (sawa na kuwaagiza uwezo uliowekwa hadi GW 3 kwa gharama maalum za mtaji wa hadi $ 150 / kW);

Kuongeza ufanisi wa vitengo vya nguvu kwa kuboresha sifa za uendeshaji na modes na uzalishaji wa ziada katika mitambo ya nyuklia iliyopo ya zaidi ya bilioni 7 kWh kwa mwaka (sawa na kuwaagiza 1 GW ya nguvu na gharama maalum za mtaji wa karibu $ 200/kW);

Kupunguza gharama za uzalishaji, pamoja na kupunguza matumizi ya nishati kwa mahitaji yako mwenyewe (kubuni maadili ya karibu 6%) na kupunguza idadi maalum ya wafanyikazi.

Uwezo wa nje- upanuzi wa zilizopo na uundaji wa masoko mapya kwa matumizi ya nishati na nguvu za mitambo ya nyuklia (zaidi ya 20% ya uzalishaji wa nishati):

Maendeleo ya uzalishaji wa nishati ya joto na usambazaji wa joto (ikiwa ni pamoja na kuundwa kwa mitambo ya nyuklia), mkusanyiko wa joto la umeme kwa ajili ya usambazaji wa joto kwa miji mikubwa, matumizi ya taka ya joto la chini;

Uongofu wa vituo vya compressor vya mifumo ya maambukizi ya gesi yenye uwezo wa jumla wa zaidi ya 3 GW kwa gari la umeme kutoka kwa mitambo ya nyuklia, ambayo itahakikisha akiba ya gesi ya zaidi ya bilioni 7 m3 kwa mwaka;

Kushiriki katika kufunika kutofautiana kwa ratiba ya mzigo wa kila siku kwa kuunda complexes za nishati za mitambo ya nyuklia - mitambo ya kuhifadhi pumped - nguvu ya kilele hadi 5 GW;

Ukuzaji wa uzalishaji wa nguvu wa alumini, gesi iliyoyeyuka, mafuta ya kioevu ya syntetisk, hidrojeni kwa kutumia mitambo ya nyuklia.

Vigezo vilivyopangwa vya ukuzaji wa nishati ya nyuklia huamua ongezeko la wastani la ushuru wa uzalishaji wa umeme kutoka kwa vinu vya nyuklia hadi senti 2.4 kwa 1 kWh ifikapo 2015. Sehemu ya uendeshaji ya ushuru wa TPP (karibu senti 3 / (kWh) - hasa gharama za mafuta) inakadiriwa kuwa ya juu kuliko ushuru wa mitambo ya nyuklia. Kiwango cha wastani cha ushindani wa mitambo ya nyuklia itakuwa zaidi ya senti 1.5/(kWh), au takriban 30%. Makadirio yanaonyesha kuwa maendeleo ya juu ya nishati ya nyuklia ifikapo 2020 itahakikisha utulivu wa ushuru wa kuuza kwa watumiaji na itazuia kuongezeka kwake hadi 10% katika tukio la kusimamishwa kwa maendeleo ya kiwanda cha nyuklia.

Kufikia vigezo vilivyowekwa vya maendeleo ya kimkakati ya nishati ya nyuklia nchini Urusi ni pamoja na utekelezaji wa:

Uwezo wa kuongeza ufanisi wa mitambo ya nyuklia, uzazi (ukarabati) na maendeleo ya uwezo wa mitambo ya nyuklia;

Sera ya muda mrefu ya uwekezaji katika sekta ya nishati ya nyuklia ya serikali;

Vyanzo na mifumo madhubuti ya uwekezaji wa kutosha na kwa wakati.

Fursa zinazowezekana, kanuni za msingi na mwelekeo wa maendeleo ya baadaye ya nishati ya nyuklia nchini Urusi, kwa kuzingatia uwezo wa msingi wa mafuta, imedhamiriwa na Mkakati wa Maendeleo ya Nishati ya Nyuklia nchini Urusi katika nusu ya kwanza ya karne ya 21, iliyoidhinishwa. mwaka 2000 na Serikali ya Shirikisho la Urusi.

Akiba iliyogunduliwa na inayowezekana ya urani asilia, akiba iliyokusanywa ya uranium na plutonium, uwezo uliopo wa mzunguko wa mafuta ya nyuklia na uwekezaji mzuri wa kiuchumi na sera ya uagizaji wa nje huhakikisha maendeleo ya juu ya nishati ya nyuklia hadi 2030 kwa kutumia vinu vya aina ya VVER katika mzunguko wazi wa mafuta ya nyuklia. .

Matarajio ya maendeleo ya muda mrefu ya nishati ya nyuklia yanahusishwa na uwezekano halisi wa kufanya upya na kuzaliwa upya kwa rasilimali za nishati ya nyuklia bila kupoteza ushindani na usalama wa nishati ya nyuklia. Sera ya teknolojia ya tasnia inatoa utangulizi wa mageuzi katika 2010-2030 wa teknolojia mpya ya nishati ya nyuklia ya kizazi cha nne kwenye vinu vya haraka vilivyo na mizunguko ya mafuta ya nyuklia iliyofungwa na mafuta ya urani-plutonium, ambayo huondoa vikwazo kwa malighafi ya mafuta kwa siku zijazo zinazoonekana.

Ukuzaji wa nishati ya nyuklia utaongeza usawa wa rasilimali za mafuta na nishati, kupunguza kupanda kwa gharama ya nishati ya umeme na mafuta kwa watumiaji, na pia itachangia ukuaji mzuri wa uchumi na Pato la Taifa, kuongeza uwezo wa kiteknolojia kwa maendeleo ya muda mrefu ya nishati kwa msingi. kwenye vinu vya nyuklia salama na vya gharama nafuu.

Ikolojia

Hata kama mtambo wa nyuklia unafanya kazi kikamilifu na bila kushindwa hata kidogo, uendeshaji wake bila shaka husababisha mkusanyiko wa vitu vyenye mionzi. Kwa hiyo, watu wanapaswa kutatua tatizo kubwa sana, jina ambalo ni hifadhi ya taka salama.

Taka kutoka kwa tasnia yoyote iliyo na kiwango kikubwa cha uzalishaji wa nishati, bidhaa na vifaa anuwai huleta shida kubwa. Uchafuzi wa mazingira na anga katika maeneo mengi ya sayari yetu unasababisha wasiwasi na wasiwasi. Tunazungumza juu ya uwezekano wa kuhifadhi mimea na wanyama sio kwa fomu yao ya asili, lakini angalau ndani ya mipaka ya viwango vya chini vya mazingira.

Taka za mionzi hutolewa katika karibu hatua zote za mzunguko wa nyuklia. Wao hujilimbikiza kwa namna ya kioevu, imara na vitu vya gesi na viwango tofauti vya shughuli na mkusanyiko. Taka nyingi ni za kiwango cha chini: maji yanayotumiwa kusafisha gesi na nyuso za reactor, glavu na viatu, zana zilizochafuliwa na balbu za taa zilizoteketezwa kutoka kwa vyumba vyenye mionzi, vifaa vilivyotumika, vumbi, vichungi vya gesi na mengi zaidi.

Gesi na maji machafu hupitishwa kupitia filters maalum hadi kufikia usafi wa hewa ya anga na maji ya kunywa. Vichujio ambavyo vimekuwa na mionzi hurejeshwa pamoja na taka ngumu. Wao huchanganywa na saruji na kugeuka kuwa vitalu au kumwaga ndani ya vyombo vya chuma pamoja na lami ya moto.

Kitu ngumu zaidi kujiandaa kwa uhifadhi wa muda mrefu ni taka ya kiwango cha juu. Ni bora kugeuza "takataka" kama hiyo kwenye glasi na keramik. Kwa kufanya hivyo, taka ni calcined na kuunganishwa na vitu vinavyounda molekuli ya kioo-kauri. Imehesabiwa kuwa itachukua angalau miaka 100 kufuta 1 mm ya safu ya uso wa wingi huo katika maji.

Tofauti na taka nyingi za kemikali, hatari za taka za mionzi hupungua kwa muda. Isotopu nyingi za mionzi zina nusu ya maisha ya karibu miaka 30, kwa hivyo ndani ya miaka 300 karibu zitatoweka kabisa. Kwa hivyo, kwa utupaji wa mwisho wa taka za mionzi, inahitajika kujenga vifaa vya uhifadhi wa muda mrefu ambavyo vinaweza kutenganisha taka kutoka kwa kupenya kwake kwenye mazingira hadi kuoza kamili kwa radionuclides. Vituo hivyo vya uhifadhi huitwa maeneo ya mazishi.

Ni lazima izingatiwe kuwa taka ya kiwango cha juu hutoa kiasi kikubwa cha joto kwa muda mrefu. Kwa hivyo, mara nyingi huondolewa kwa maeneo ya kina ya ukoko wa dunia. Eneo lililodhibitiwa linaanzishwa karibu na kituo cha kuhifadhi, ambacho vikwazo vinawekwa kwa shughuli za kibinadamu, ikiwa ni pamoja na kuchimba visima na madini.

Njia nyingine ya kutatua tatizo la taka ya mionzi ilipendekezwa - kuituma kwenye nafasi. Hakika, kiasi cha taka ni kidogo, hivyo kinaweza kuondolewa kwenye obiti za nafasi ambazo haziingiliani na mzunguko wa Dunia, na uchafuzi wa mionzi utaondolewa milele. Walakini, njia hii ilikataliwa kwa sababu ya hatari ya gari la uzinduzi kurejea Duniani bila kutarajia ikiwa shida yoyote itatokea.

Baadhi ya nchi zinazingatia kwa umakini mbinu ya kuzika taka ngumu zenye mionzi kwenye kina kirefu cha maji ya bahari. Njia hii inavutia na unyenyekevu wake na ufanisi wa gharama. Hata hivyo, njia hii inaleta pingamizi kubwa kulingana na mali ya babuzi ya maji ya bahari. Kuna wasiwasi kwamba kutu itaharibu haraka uadilifu wa vyombo, na vitu vyenye mionzi vitaingia ndani ya maji, na mikondo ya bahari itaeneza shughuli kwenye bahari.

Uendeshaji wa mitambo ya nguvu za nyuklia hufuatana sio tu na hatari ya uchafuzi wa mionzi, lakini pia na aina nyingine za athari za mazingira. Athari kuu ni athari ya joto. Ni mara moja na nusu hadi mbili zaidi kuliko kutoka kwa mimea ya nguvu ya joto.

Wakati wa uendeshaji wa mtambo wa nyuklia, kuna haja ya kupoza mvuke wa maji taka. Njia rahisi ni kupoeza kwa maji kutoka kwa mto, ziwa, bahari au mabwawa yaliyojengwa maalum. Maji yenye joto kwa 5-15 °C hurudi kwenye chanzo kile kile. Lakini njia hii hubeba hatari ya kuzorota kwa hali ya mazingira katika mazingira ya majini katika maeneo ya mitambo ya nyuklia.

Inatumika zaidi ni mfumo wa usambazaji wa maji kwa kutumia minara ya baridi, ambayo maji hupozwa kutokana na uvukizi wake wa sehemu na baridi.

Hasara ndogo hujazwa tena na kujaza mara kwa mara kwa maji safi. Kwa mfumo kama huo wa baridi, kiasi kikubwa cha mvuke wa maji na unyevu wa matone hutolewa kwenye anga. Hii inaweza kusababisha kuongezeka kwa kiasi cha mvua, mzunguko wa malezi ya ukungu, na mawingu.

Katika miaka ya hivi karibuni, mfumo wa kupoza hewa kwa mvuke wa maji umeanza kutumika. Katika kesi hii, hakuna upotezaji wa maji, na ni rafiki wa mazingira zaidi. Walakini, mfumo kama huo haufanyi kazi kwa wastani wa joto la kawaida. Aidha, gharama ya umeme huongezeka kwa kiasi kikubwa.

Hitimisho

Tatizo la nishati ni mojawapo ya matatizo muhimu zaidi ambayo wanadamu wanapaswa kutatua leo. Mafanikio kama hayo ya sayansi na teknolojia kama vile mawasiliano ya papo hapo, usafiri wa haraka, na uchunguzi wa anga tayari yamekuwa mambo ya kawaida. Lakini hii yote inahitaji kiasi kikubwa cha nishati. Ongezeko kubwa la uzalishaji na matumizi ya nishati limeleta tatizo jipya kubwa la uchafuzi wa mazingira, ambao unaleta hatari kubwa kwa binadamu.

Mahitaji ya nishati duniani yataongezeka kwa kasi katika miongo ijayo. Chanzo chochote cha nishati hakitaweza kuwapa, kwa hiyo ni muhimu kuendeleza vyanzo vyote vya nishati na kutumia rasilimali za nishati kwa ufanisi.

Katika hatua inayofuata ya maendeleo ya nishati (miongo ya kwanza ya karne ya 21), nishati ya makaa ya mawe na nishati ya nyuklia yenye vinu vya joto na vya haraka vya nyutroni vitabaki kuwa vya kuahidi zaidi. Hata hivyo, tunaweza kutumaini kwamba ubinadamu hautasimama kwenye njia ya maendeleo inayohusishwa na matumizi ya nishati kwa kiasi kinachoongezeka kila wakati.

Bibliografia

1) Kessler "Nishati ya Nyuklia" Moscow: Energoizdat, 1986.

2) Kh. Margulova "Nishati ya nyuklia leo na kesho" Moscow: Shule ya Juu, 1989

3) J. Collier, J. Hewitt "Utangulizi wa Nishati ya Nyuklia" Moscow: Energoatomizdat, 1989

Karne ya ishirini ilikuwa na maendeleo ya aina mpya ya nishati iliyo katika nuclei ya atomi, na ikawa karne ya fizikia ya nyuklia. Nishati hii ni kubwa mara nyingi kuliko nishati ya mafuta inayotumiwa na wanadamu katika historia yake yote.

Tayari katikati ya 1939, wanasayansi kote ulimwenguni walikuwa na uvumbuzi muhimu wa kinadharia na majaribio katika uwanja wa fizikia ya nyuklia, ambayo ilifanya iwezekane kuweka mbele mpango wa kina wa utafiti katika mwelekeo huu. Ilibadilika kuwa atomi ya urani inaweza kugawanywa katika sehemu mbili. Hii inatoa kiasi kikubwa cha nishati. Kwa kuongeza, mchakato wa fission hutoa nyutroni, ambayo inaweza kugawanya atomi nyingine za urani na kusababisha mmenyuko wa mnyororo wa nyuklia. Mmenyuko wa mtengano wa nyuklia wa urani ni mzuri sana na unazidi athari za kemikali za vurugu zaidi. Hebu tulinganishe atomi ya uranium na molekuli ya kulipuka - trinitrotoluene (TNT). Kuoza kwa molekuli ya TNT hutoa volti 10 za nishati ya elektroni, na kuoza kwa kiini cha urani hutoa volti milioni 200 za elektroni, yaani mara milioni 20 zaidi.

Ugunduzi huu uliunda hisia katika ulimwengu wa kisayansi: katika historia ya wanadamu hapakuwa na tukio la kisayansi muhimu zaidi katika matokeo yake kuliko kupenya kwa atomi ulimwenguni na ustadi wa nishati yake. Wanasayansi walielewa kuwa lengo lake kuu lilikuwa kuzalisha umeme na kuutumia katika maeneo mengine yenye amani. Kwa kuwaagiza mtambo wa kwanza wa nyuklia wa viwanda duniani wenye uwezo wa MW 5 katika USSR mwaka wa 1954 huko Obninsk, enzi ya nishati ya nyuklia ilianza. Chanzo cha uzalishaji wa umeme kilikuwa mgawanyiko wa viini vya urani.

Uzoefu wa uendeshaji wa vinu vya kwanza vya nguvu za nyuklia ulionyesha ukweli na uaminifu wa teknolojia ya nishati ya nyuklia kwa uzalishaji wa umeme wa viwandani. Nchi zilizoendelea za viwanda zimeanza kubuni na kujenga vinu vya nyuklia vyenye vinu vya aina mbalimbali. Kufikia 1964, uwezo wa jumla wa mitambo ya nyuklia ulimwenguni uliongezeka hadi milioni 5 kW.

Tangu wakati huo, maendeleo ya haraka ya nishati ya nyuklia imeanza, ambayo, ikitoa mchango mkubwa katika uzalishaji wa jumla wa umeme duniani, imekuwa mbadala mpya ya nishati ya kuahidi. Kuongezeka kwa maagizo ya ujenzi wa mitambo ya nyuklia ilianza USA, na baadaye Ulaya Magharibi, Japan, na USSR. Kiwango cha ukuaji wa nishati ya nyuklia kimefikia karibu 30% kwa mwaka. Tayari kufikia 1986, vitengo 365 vya nguvu vilivyo na uwezo uliowekwa wa kW milioni 253 vilikuwa vikifanya kazi kwenye mitambo ya nyuklia duniani. Katika karibu miaka 20, nguvu za vinu vya nyuklia zimeongezeka mara 50. Ujenzi wa mitambo ya nyuklia ulifanyika katika nchi 30 (Mchoro 1.1).

Kufikia wakati huo, utafiti wa Klabu ya Roma, jumuiya yenye mamlaka ya wanasayansi maarufu duniani, ulikuwa umejulikana sana. Hitimisho la waandishi wa tafiti zilichemshwa kwa kuepukika kwa upungufu wa karibu wa hifadhi asilia ya rasilimali za nishati ya kikaboni, pamoja na mafuta, ufunguo wa uchumi wa ulimwengu, na kupanda kwao kwa kasi kwa bei katika siku za usoni. Kwa kuzingatia hili, nguvu za nyuklia hazingeweza kuja kwa wakati bora zaidi. Hifadhi zinazowezekana za mafuta ya nyuklia (2 8 U, 2 5 U, 2 2 Th) kwa muda mrefu zilitatua shida muhimu ya usambazaji wa mafuta chini ya hali tofauti kwa maendeleo ya nishati ya nyuklia.

Masharti ya ukuzaji wa nishati ya nyuklia yalikuwa mazuri sana, na viashiria vya kiuchumi vya mitambo ya nyuklia pia vilichochea matumaini; mitambo ya nyuklia tayari inaweza kushindana kwa mafanikio na mitambo ya nguvu ya mafuta.

Nishati ya nyuklia ilifanya iwezekane kupunguza matumizi ya mafuta na kupunguza kwa kasi utoaji wa uchafuzi wa mazingira kutoka kwa mitambo ya nishati ya joto.

Ukuzaji wa nishati ya nyuklia ulitokana na sekta ya nishati iliyoanzishwa ya tata ya kijeshi-viwanda - mitambo ya viwandani iliyoendelezwa vizuri na mitambo ya manowari kwa kutumia mzunguko wa mafuta ya nyuklia (NFC) ambayo tayari imeundwa kwa madhumuni haya, ilipata maarifa na uzoefu muhimu. Nishati ya nyuklia, ambayo ilikuwa na usaidizi mkubwa wa serikali, ilifanikiwa kuingia katika mfumo uliopo wa nishati, kwa kuzingatia sheria na mahitaji yaliyomo katika mfumo huu.

Shida ya usalama wa nishati, ambayo ilizidishwa katika miaka ya 70 ya karne ya ishirini. Kuhusiana na mzozo wa nishati unaosababishwa na ongezeko kubwa la bei ya mafuta, utegemezi wa usambazaji wake kwa hali ya kisiasa ulilazimisha nchi nyingi kufikiria upya mipango yao ya nishati. Ukuzaji wa nishati ya nyuklia, kwa kupunguza matumizi ya nishati ya mafuta, hupunguza utegemezi wa nishati wa nchi ambazo hazina au zimepunguza mafuta na nishati zao.

rasilimali tical kutoka nje na kuimarisha usalama wa nishati ya nchi hizi.

Katika mchakato wa maendeleo ya haraka ya nishati ya nyuklia, kati ya aina mbili kuu za mitambo ya nguvu ya nyuklia - nyutroni za joto na za haraka - reactor za neutroni za joto zimekuwa zilizoenea zaidi duniani.

Aina na miundo ya vinu vilivyo na wasimamizi tofauti na vipozezi vilivyotengenezwa na nchi mbalimbali vimekuwa msingi wa nishati ya nyuklia ya kitaifa. Kwa hivyo, huko Merika, vinu vya maji vilivyoshinikizwa na vinu vya maji ya kuchemsha vikawa ndio kuu, huko Kanada - mitambo ya maji mazito kwa kutumia uranium asilia, katika USSR ya zamani - mitambo ya maji iliyoshinikizwa (VVER) na viboreshaji vya maji ya kuchemsha ya uranographite (RBMK), kitengo hicho. nguvu ya vinu iliongezeka. Kwa hiyo, reactor ya RBMK-1000 yenye nguvu ya umeme ya MW 1000 iliwekwa kwenye Kiwanda cha Nguvu za Nyuklia cha Leningrad mwaka wa 1973. Nguvu za mitambo kubwa ya nyuklia, kwa mfano Kiwanda cha Nyuklia cha Zaporozhye (Ukraine), kilifikia 6000 MW.

Kwa kuzingatia kwamba vitengo vya mmea wa nguvu za nyuklia vinafanya kazi kwa nguvu karibu mara kwa mara, vifuniko

Kiwanda cha Nyuklia cha Kisiwa cha Maili Tatu (Marekani)

sehemu ya msingi ya ratiba ya kila siku ya upakiaji wa mifumo iliyounganishwa ya nishati, sambamba na mitambo ya nishati ya nyuklia, mitambo ya kuhifadhi nishati inayoweza kupimika inayoweza kusomeka ilijengwa kote ulimwenguni ili kufunika sehemu inayobadilika ya ratiba na kuziba pengo la usiku katika ratiba ya upakiaji.

Kasi ya juu ya maendeleo ya nishati ya nyuklia haikulingana na kiwango cha usalama wake. Kulingana na uzoefu wa uendeshaji wa vifaa vya nguvu za nyuklia, kuongeza uelewa wa kisayansi na kiufundi wa taratibu na matokeo iwezekanavyo, kulikuwa na haja ya kurekebisha mahitaji ya kiufundi, ambayo yalisababisha ongezeko la uwekezaji wa mtaji na gharama za uendeshaji.

Pigo kubwa kwa maendeleo ya nishati ya nyuklia lilishughulikiwa na ajali mbaya katika kinu cha nyuklia cha Three Mile Island huko Merika mnamo 1979, na vile vile katika vituo vingine kadhaa, ambayo ilisababisha marekebisho makubwa ya mahitaji ya usalama, kukaza. ya kanuni zilizopo na marekebisho ya mipango ya maendeleo ya mitambo ya nyuklia duniani kote ilisababisha uharibifu mkubwa wa maadili na nyenzo kwa sekta ya nishati ya nyuklia. Nchini Marekani, ambayo ilikuwa kiongozi katika nishati ya nyuklia, amri za ujenzi wa mitambo ya nyuklia zilisimama mwaka wa 1979, na ujenzi wao katika nchi nyingine pia ulipungua.

Ajali mbaya katika kinu cha nyuklia cha Chernobyl huko Ukraine mnamo 1986, ilihitimu kwa kiwango cha kimataifa cha matukio ya nyuklia kama ajali ya kiwango cha juu cha saba na kusababisha maafa ya mazingira katika eneo kubwa, kupoteza maisha, kuhamishwa kwa mamia ya maelfu ya watu. watu, ilidhoofisha imani ya jumuiya ya ulimwengu katika nishati ya nyuklia.

"Msiba wa Chernobyl ni onyo. Na sio tu katika nishati ya nyuklia, "Academician V.A. Legasov, mjumbe wa tume ya serikali, naibu wa kwanza msomi A.P. Alexandrov, ambaye aliongoza Taasisi ya Nishati ya Atomiki iliyopewa jina la I.V. Kurchatova.

Katika nchi nyingi, mipango ya maendeleo ya nishati ya nyuklia ilisimamishwa, na katika nchi kadhaa, mipango iliyopangwa hapo awali ya maendeleo yake iliachwa kabisa.

Licha ya hayo, kufikia mwaka wa 2000, mitambo ya nyuklia inayofanya kazi katika nchi 37 ilizalisha 16% ya uzalishaji wa umeme duniani.

Jitihada zisizokuwa za kawaida za kuhakikisha usalama wa mitambo ya nyuklia inayofanya kazi ilifanya iwezekane mwanzoni mwa karne ya 21. kurejesha imani ya umma katika nishati ya nyuklia. Wakati unakuja wa "renaissance" katika maendeleo yake.

Mbali na ufanisi mkubwa wa kiuchumi na ushindani, upatikanaji wa rasilimali za mafuta, kuegemea na usalama, moja ya mambo muhimu ni kwamba nishati ya nyuklia ni moja ya vyanzo rafiki kwa mazingira ya umeme, ingawa tatizo la utupaji wa mafuta yaliyotumika bado.

Uhitaji wa uzazi (uzazi) wa mafuta ya nyuklia umekuwa dhahiri, i.e. ujenzi wa mitambo ya nyutroni ya haraka (wafugaji), kuanzishwa kwa usindikaji wa mafuta yanayotokana. Maendeleo ya eneo hili yalikuwa na motisha na matarajio makubwa ya kiuchumi na yalifanywa katika nchi nyingi.

Katika USSR, kazi ya kwanza ya majaribio juu ya matumizi ya viwandani ya mitambo ya neutron ya haraka ilianza

1949, na kutoka katikati ya miaka ya 1950 uanzishaji wa safu ya mitambo ya majaribio BR-1, BR-5, BOR-60 ilianza (1969), mnamo 1973 mtambo wa nguvu za nyuklia wenye madhumuni mawili na nguvu ya kinu 350 MW kwa uzalishaji wa umeme. na kuondoa chumvi kwenye maji ya bahari, mnamo 1980, kinu cha viwanda cha BN-600 chenye uwezo wa MW 600 kilizinduliwa.

Mpango mkubwa wa maendeleo katika eneo hili ulitekelezwa nchini Marekani. Mnamo 1966-1972 Kitendo cha majaribio cha Enrico Fermi l kilijengwa, na mnamo 1980 kinu kikubwa zaidi cha utafiti duniani, FFTF chenye uwezo wa MW 400, kilianzishwa. Huko Ujerumani, Reactor ya kwanza ilianza kufanya kazi mnamo 1974, lakini mtambo wa nguvu ya juu wa SNR-2, ambao ulijengwa, haukuwahi kutekelezwa. Huko Ufaransa, Reactor ya Phenix yenye uwezo wa MW 250 ilizinduliwa mnamo 1973, na mnamo 1986 Reactor ya Superphenix yenye uwezo wa 1242 MW ilizinduliwa. Japan ilianzisha kinu cha majaribio cha Joyo mnamo 1977, na kinu cha MW 280 cha Monju mnamo 1994.

Katika muktadha wa mzozo wa kimazingira ambao jumuiya ya ulimwengu iliingia nayo katika karne ya 21, nishati ya nyuklia inaweza kutoa mchango mkubwa katika kuhakikisha upatikanaji wa nishati ya uhakika na kupunguza utoaji wa gesi chafuzi na uchafuzi wa mazingira katika mazingira.

Nishati ya nyuklia inakidhi vyema kanuni zinazokubalika kimataifa za maendeleo endelevu, mojawapo ya mahitaji muhimu ambayo ni upatikanaji wa rasilimali za kutosha za mafuta na nishati na matumizi thabiti kwa muda mrefu.

Kwa mujibu wa utabiri kulingana na mahesabu na modeli ya maendeleo ya jamii na uchumi wa dunia katika karne ya 21, jukumu kubwa la tasnia ya nguvu ya umeme itabaki. Kufikia 2030, kulingana na utabiri wa Wakala wa Kimataifa wa Nishati (IEA), uzalishaji wa umeme ulimwenguni utaongezeka mara mbili na kuzidi trilioni 30. kWh, na kulingana na utabiri wa Wakala wa Kimataifa wa Nishati ya Atomiki (IAEA), katika muktadha wa "ufufuaji" wa nishati ya nyuklia, sehemu yake itaongezeka hadi 25% ya uzalishaji wa umeme ulimwenguni, na zaidi ya vinu 100 vipya vitajengwa katika Ulimwenguni katika miaka 15 ijayo, na nguvu Mitambo ya nyuklia itaongezeka kutoka kW milioni 370 mwaka 2006 hadi kW milioni 679 mwaka 2030.

Hivi sasa, nchi zilizo na sehemu kubwa ya jumla ya kiasi cha umeme unaozalishwa zinaendeleza kikamilifu nishati ya nyuklia, pamoja na USA, Japan, Korea Kusini, na Ufini. Ufaransa, kwa kuelekeza upya sekta ya nishati ya umeme nchini humo kwa nishati ya nyuklia na kuendelea kuiendeleza, ilifanikiwa kutatua tatizo la nishati kwa miongo mingi. Sehemu ya mitambo ya nyuklia katika uzalishaji wa umeme katika nchi hii inafikia 80%. Nchi zinazoendelea zilizo na sehemu ndogo bado ya uzalishaji wa nishati ya nyuklia zinaunda vinu vya nyuklia kwa kiwango cha juu. Kwa hivyo, India ilitangaza nia yake kwa muda mrefu kujenga kiwanda cha nguvu za nyuklia na uwezo wa kW milioni 40, na Uchina - zaidi ya milioni 100 kW.

Kati ya vitengo 29 vya mitambo ya nyuklia vilivyokuwa vinajengwa mnamo 2006, 15 vilikuwa Asia. Uturuki, Misri, Jordan, Chile, Thailand, Vietnam, Azerbaijan, Poland, Georgia, Belarus na nchi nyingine zinapanga kuagiza vinu vya nyuklia kwa mara ya kwanza.

Maendeleo zaidi ya nishati ya nyuklia yamepangwa na Urusi, ambayo inatarajia kujenga mtambo wa nyuklia wenye uwezo wa kW milioni 40 ifikapo 2030. Nchini Ukraine, kwa mujibu wa Mkakati wa Nishati wa Ukraine kwa kipindi cha hadi 2030, imepangwa kuongeza uzalishaji wa mitambo ya nyuklia hadi kWh bilioni 219, kuitunza katika kiwango cha 50% ya jumla ya pato, na kuongeza uwezo wa mitambo ya nyuklia kwa karibu mara 2, na kuleta kW milioni 29.5, na kipengele cha utumiaji wa uwezo kilichowekwa (IUR) cha 85%, ikiwa ni pamoja na kwa kuwaagiza vitengo vipya vyenye uwezo wa kW milioni 1-1.5 na kupanua maisha ya uendeshaji wa nguvu zilizopo za nyuklia. vitengo vya mimea (mwaka 2006 nchini Ukraine, uwezo wa mitambo ya nyuklia ilifikia 13 .8 kW milioni na uzalishaji wa kWh bilioni 90.2 za umeme, au karibu 48.7% ya jumla ya uzalishaji).

Kazi inayoendelea katika nchi nyingi kuboresha zaidi vinu vya joto na vya kasi vya nyutroni itaboresha zaidi kutegemewa kwao, ufanisi wa kiuchumi na usalama wa mazingira. Katika suala hili, ushirikiano wa kimataifa unakuwa muhimu. Hivyo, pamoja na utekelezaji katika siku zijazo za mradi wa kimataifa GT MSR (gesi turbine msimu wa jua-kilichopozwa Reactor), ambayo ni sifa ya kiwango cha juu cha usalama na ushindani, minimization ya taka mionzi, ufanisi inaweza kuongezeka. hadi 50%.

Kuenea kwa matumizi katika siku zijazo za muundo wa vipengele viwili vya nishati ya nyuklia, ikiwa ni pamoja na mitambo ya nyuklia yenye vinu vya joto vya nyutroni na reactors za haraka za nyutroni zinazozalisha mafuta ya nyuklia, itaongeza ufanisi wa matumizi ya urani asilia na kupunguza kiwango cha mkusanyiko wa mafuta ya nyuklia. taka za mionzi.

Ikumbukwe jukumu muhimu zaidi katika maendeleo ya nishati ya nyuklia ya mzunguko wa mafuta ya nyuklia (NFC), ambayo kwa kweli ni sababu yake ya kuunda mfumo. Hii inasababishwa na hali zifuatazo:

Mzunguko wa mafuta ya nyuklia lazima uandaliwe na suluhisho zote muhimu za kimuundo, teknolojia na muundo kwa operesheni salama na bora;
Mzunguko wa mafuta ya nyuklia ni hali ya kukubalika kwa jamii na ufanisi wa kiuchumi wa nishati ya nyuklia na matumizi yake makubwa;
maendeleo ya mzunguko wa mafuta ya nyuklia yatasababisha hitaji la kuchanganya majukumu ya kuhakikisha kiwango kinachohitajika cha usalama wa mitambo ya nyuklia inayozalisha umeme na kupunguza hatari zinazohusiana na utengenezaji wa mafuta ya nyuklia, pamoja na uchimbaji wa madini ya uranium, usafirishaji, usindikaji wa mafuta yaliyotumika. mafuta ya nyuklia (SNF) na utupaji wa taka zenye mionzi (mfumo wa umoja wa mahitaji ya usalama);
ongezeko kubwa la uzalishaji na matumizi ya urani (hatua ya awali ya mzunguko wa mafuta ya nyuklia) husababisha kuongezeka kwa hatari ya radionuclides ya muda mrefu ya asili kuingia kwenye mazingira, ambayo inahitaji kuongeza ufanisi wa matumizi ya mafuta, kupunguza kiasi cha mafuta. kupoteza na kufunga mzunguko wa mafuta.

Ufanisi wa kiuchumi wa mtambo wa nyuklia unategemea moja kwa moja mzunguko wa mafuta, ikiwa ni pamoja na kupunguza muda wa kuongeza mafuta na kuongeza sifa za utendaji wa makusanyiko ya mafuta (FA). Kwa hiyo, ni muhimu kuendeleza na kuboresha zaidi mzunguko wa mafuta ya nyuklia na kiwango cha juu cha matumizi ya mafuta ya nyuklia na kuundwa kwa mzunguko wa mafuta ya chini ya taka iliyofungwa.

Mkakati wa nishati ya Ukraine hutoa kwa maendeleo ya mzunguko wa kitaifa wa mafuta. Kwa hivyo, uzalishaji wa uranium unapaswa kuongezeka kutoka tani elfu 0.8 hadi tani elfu 6.4 mnamo 2030, uzalishaji wa ndani wa zirconium, aloi za zirconium na vifaa vya makusanyiko ya mafuta vitaendelezwa zaidi, na katika siku zijazo uundaji wa mzunguko wa mafuta uliofungwa, pamoja na ushiriki. katika ushirikiano wa kimataifa kwa ajili ya uzalishaji wa nishati ya nyuklia. Ushiriki wa ushirika wa Ukraine unatarajiwa katika uundaji wa vifaa kwa ajili ya uzalishaji wa mikusanyiko ya mafuta kwa vinu vya VVER na katika uundaji wa Kituo cha Kimataifa cha Urutubishaji wa Uranium nchini Urusi, na kuingia kwa Ukraine katika Benki ya Kimataifa ya Mafuta ya Nyuklia iliyopendekezwa na Marekani.

Usambazaji wa mafuta kwa nishati ya nyuklia ni muhimu sana kwa matarajio ya maendeleo yake. Mahitaji ya sasa ya urani asilia ulimwenguni ni takriban tani elfu 60, na akiba ya jumla ya tani milioni 16.

Katika karne ya 21 Jukumu la nishati ya nyuklia litaongezeka kwa kasi katika kuhakikisha ongezeko la uzalishaji wa umeme duniani kwa kutumia teknolojia za hali ya juu zaidi. Nishati ya nyuklia bado haina mshindani mkubwa kwa muda mrefu. Ili kutambua maendeleo yake kwa kiwango kikubwa, ni, kama ilivyoonyeshwa tayari, lazima iwe na mali zifuatazo: ufanisi wa juu, upatikanaji wa rasilimali, upungufu wa nishati, usalama, athari inayokubalika ya mazingira. Mahitaji matatu ya kwanza yanaweza kutimizwa kwa kutumia muundo wa vipengele viwili vya nguvu za nyuklia, unaojumuisha vinu vya joto na vya haraka. Kwa muundo huo, inawezekana kuongeza kwa kiasi kikubwa ufanisi wa kutumia uranium ya asili, kupunguza uzalishaji wake na kupunguza kiwango cha kuingia kwa radon kwenye biosphere. Njia za kufikia kiwango kinachohitajika cha usalama na kupunguza gharama za mtaji kwa aina zote mbili za mitambo tayari zinajulikana; wakati na pesa zinahitajika ili kuzitekeleza. Kufikia wakati jamii inatambua hitaji la maendeleo zaidi ya nishati ya nyuklia, teknolojia ya muundo wa sehemu mbili itakuwa tayari, ingawa mengi bado yanahitaji kufanywa katika suala la kuboresha vinu vya nguvu za nyuklia na muundo wa tasnia, pamoja na mafuta. biashara za mzunguko.

Kiwango cha athari za mazingira kinatambuliwa hasa na kiasi cha radionuclides katika mzunguko wa mafuta (uranium, plutonium) na katika vituo vya kuhifadhi (Np, Am, Cm, bidhaa za fission).

Hatari ya kuathiriwa na isotopu za muda mfupi, kwa mfano 1 1 I na 9 0 Sr, l 7 Cs, inaweza kupunguzwa hadi kiwango kinachokubalika kwa kuongeza usalama wa mitambo ya nyuklia, vifaa vya kuhifadhi, na biashara za mzunguko wa mafuta. Kukubalika kwa hatari hiyo inaweza kuthibitishwa katika mazoezi. Lakini ni vigumu kuthibitisha na haiwezekani kuonyesha uaminifu wa utupaji wa actinides ya muda mrefu na bidhaa za fission zaidi ya mamilioni ya miaka.

Bila shaka, hatuwezi kuacha kutafuta njia za kutupa taka za mionzi kwa uaminifu, lakini ni muhimu kuendeleza uwezekano wa kutumia actinides kuzalisha nishati, i.e. kufunga mzunguko wa mafuta sio tu kwa uranium na plutonium, lakini pia kwa actinides (Np, Am, Cm, nk). Ubadilishaji wa bidhaa hatari za muda mrefu za mgawanyiko katika mfumo wa vinu vya joto vya nyutroni utachanganya muundo wa nguvu za nyuklia kwa sababu ya michakato ya ziada ya kiteknolojia kwa ajili ya uzalishaji na usindikaji wa mafuta ya nyuklia au itaongeza idadi ya aina za mitambo ya nyuklia. Kuanzishwa kwa Np, Am, Cm, actinides nyingine na bidhaa za mgawanyiko katika mafuta ya reactor kutatatiza muundo wao, kuhitaji uundaji wa aina mpya za mafuta ya nyuklia, na kutaathiri vibaya usalama.

Katika suala hili, uwezekano wa kuunda muundo wa vipengele vitatu vya nishati ya nyuklia, inayojumuisha mitambo ya joto na ya haraka na mitambo ya kuchoma Np, Am, Cm na actinides nyingine na uhamisho wa baadhi ya bidhaa za fission, inazingatiwa.

Matatizo muhimu zaidi ni usindikaji na utupaji wa taka zenye mionzi, ambazo zinaweza kubadilishwa kuwa mafuta ya nyuklia.

Katika nusu ya kwanza ya karne ya 21, ubinadamu utalazimika kufanya mafanikio ya kisayansi na kiufundi kuelekea ukuzaji wa aina mpya za nishati, pamoja na nyuklia kwa kutumia vichapishi vya chembe za kushtakiwa, na katika siku zijazo nyuklia ya nyuklia, ambayo inahitaji kuunganisha nguvu na ushirikiano wa kimataifa.

Tianwan NPP ndio kubwa zaidi katika suala la uwezo wa vitengo vya nguvu kati ya vinu vyote vya nyuklia vinavyojengwa hivi sasa nchini China. Mpango wake mkuu hutoa uwezekano wa kujenga vitengo vinne vya nguvu na uwezo wa MW 1000 kila moja. Kituo kiko kati ya Beijing na Shanghai kwenye ufuo wa Bahari ya Njano. Kazi ya ujenzi kwenye tovuti ilianza mnamo 1998. Kitengo cha kwanza cha nguvu cha mtambo wa nyuklia na kinu cha maji kilichopozwa cha VVER-1000/428 na turbine ya K-1000-60/3000, iliyozinduliwa Mei 2006, ilianza kutumika mnamo Juni 2, 2007, na ya pili. kitengo cha aina hiyo kilizinduliwa mnamo Septemba 12, 2007. Hivi sasa, vitengo vyote viwili vya nguvu vya kinu cha nyuklia vinafanya kazi kwa nguvu kwa 100% ya nguvu na kusambaza umeme kwa jimbo la Uchina la Jiangsu. Imepangwa kujenga vitengo vya tatu na vya nne vya nguvu vya Tianwan NPP.

Wale. katika nchi hizo zilizoendelea kiviwanda ambapo rasilimali za nishati asilia hazitoshi. Nchi hizi huzalisha kati ya robo na nusu ya umeme wao kutoka kwa mitambo ya nyuklia. Marekani inazalisha tu sehemu ya nane ya umeme wake kutoka kwa vinu vya nyuklia, lakini hiyo ni karibu moja ya tano ya pato la kimataifa.

Nguvu ya nyuklia inasalia kuwa mada ya mjadala mkali. Wafuasi na wapinzani wa nishati ya nyuklia hutofautiana sana katika tathmini zao za usalama wake, kuegemea na ufanisi wa kiuchumi. Kwa kuongezea, kuna uvumi ulioenea juu ya uwezekano wa kuvuja kwa mafuta ya nyuklia kutoka kwa uzalishaji wa umeme na matumizi yake kwa utengenezaji wa silaha za nyuklia.

Mzunguko wa mafuta ya nyuklia.

Nishati ya nyuklia ni tasnia changamano inayojumuisha michakato mingi ya kiviwanda ambayo kwa pamoja huunda mzunguko wa mafuta. Kuna aina tofauti za mzunguko wa mafuta, kulingana na aina ya reactor na jinsi hatua ya mwisho ya mzunguko hutokea.

Kawaida mzunguko wa mafuta hujumuisha taratibu zifuatazo. Madini ya Uranium yanachimbwa migodini. Ore hupondwa ili kutenganisha dioksidi ya urani, na taka ya mionzi hutupwa. Oksidi ya uranium inayotokana (keki ya njano) inabadilishwa kuwa uranium hexafluoride, kiwanja cha gesi. Ili kuongeza mkusanyiko wa uranium-235, uranium hexafluoride ina utajiri katika mimea ya kutenganisha isotopu. Uranium iliyorutubishwa kisha inabadilishwa kuwa dioksidi dhabiti ya uranium, ambayo hutumiwa kutengeneza pellets za mafuta. Vipengele vya mafuta (vipengele vya mafuta) hukusanywa kutoka kwa vidonge, ambavyo vinajumuishwa katika makusanyiko kwa kuingizwa kwenye msingi wa reactor ya nyuklia ya mmea wa nyuklia. Mafuta yaliyotumiwa yaliyoondolewa kwenye reactor ina kiwango cha juu cha mionzi na, baada ya baridi kwenye eneo la mmea wa nguvu, hutumwa kwenye kituo maalum cha kuhifadhi. Utoaji pia unafanywa kwa ajili ya kuondolewa kwa taka ya kiwango cha chini cha mionzi ambayo hujilimbikiza wakati wa uendeshaji na matengenezo ya mmea. Mwishoni mwa maisha yake ya huduma, reactor yenyewe lazima iondolewe (pamoja na uchafuzi na utupaji wa vipengele vya reactor). Kila hatua ya mzunguko wa mafuta inadhibitiwa ili kuhakikisha usalama wa watu na ulinzi wa mazingira.

Vinu vya nyuklia.

Vinu vya nyuklia vya viwandani hapo awali vilitengenezwa tu katika nchi zilizo na silaha za nyuklia. Marekani, USSR, Uingereza na Ufaransa walikuwa wakichunguza kikamilifu chaguzi tofauti za vinu vya nyuklia. Walakini, baadaye, aina tatu kuu za vinu vya nyuklia vilikuja kutawala tasnia ya nguvu ya nyuklia, tofauti haswa katika mafuta, baridi inayotumika kudumisha joto la msingi linalohitajika, na msimamizi alitumia kupunguza kasi ya neutroni iliyotolewa wakati wa mchakato wa kuoza na muhimu. kudumisha mmenyuko wa mnyororo.

Miongoni mwao, aina ya kwanza (na ya kawaida) ni kinu kilichoboreshwa cha uranium, ambacho maji ya kawaida au "nyepesi" ni baridi na msimamizi (reactor ya maji nyepesi). Kuna aina mbili kuu za reactor ya maji ya mwanga: reactor ambayo mvuke inayozunguka turbines hutolewa moja kwa moja kwenye msingi (reactor ya maji ya kuchemsha), na reactor ambayo mvuke hutolewa katika mzunguko wa nje, au wa pili, uliounganishwa. kwa mzunguko wa msingi kwa kubadilishana joto na jenereta za mvuke (reactor ya nguvu ya maji-maji - VVER). Ukuzaji wa mtambo wa maji nyepesi ulianza chini ya mipango ya vikosi vya jeshi la Merika. Kwa hivyo, katika miaka ya 1950, General Electric na Westinghouse walitengeneza vinu vya maji nyepesi kwa manowari za Jeshi la Wanamaji la Merika na wabebaji wa ndege. Makampuni haya pia yalihusika katika mipango ya kijeshi ili kuendeleza teknolojia ya kuzaliwa upya na kuimarisha mafuta ya nyuklia. Katika muongo huo huo, Muungano wa Sovieti ulitengeneza kinu cha maji yanayochemka chenye kiasi cha grafiti.

Aina ya pili ya reactor ambayo imepata matumizi ya vitendo ni reactor iliyopozwa na gesi (yenye msimamizi wa grafiti). Uundaji wake pia ulihusishwa kwa karibu na mipango ya mapema ya silaha za nyuklia. Mwishoni mwa miaka ya 1940 na mwanzoni mwa miaka ya 1950, Uingereza na Ufaransa, zikitafuta kuunda mabomu yao ya atomiki, zililenga kutengeneza vinu vilivyopozwa kwa gesi ambavyo vinazalisha plutonium ya kiwango cha silaha kwa ufanisi kabisa na vinaweza kutumia urani asilia.

Aina ya tatu ya kinu ambayo imekuwa na mafanikio ya kibiashara ni reactor ambayo baridi na msimamizi ni maji mazito, na mafuta pia ni urani asilia. Mwanzoni mwa enzi ya nyuklia, faida zinazowezekana za mtambo wa maji mazito zilichunguzwa katika nchi kadhaa. Hata hivyo, uzalishaji wa vinu hivyo basi ulijilimbikizia hasa Kanada, kwa sehemu kwa sababu ya hifadhi yake kubwa ya urani.

Maendeleo ya tasnia ya nyuklia.

Tangu Vita vya Pili vya Dunia, makumi ya mabilioni ya dola yamewekezwa katika sekta ya umeme duniani kote. Ongezeko hili la ujenzi lilichochewa na kuongezeka kwa mahitaji ya umeme, kuongezeka kwa idadi ya watu na ukuaji wa mapato ya kitaifa. Msisitizo kuu ulikuwa kwenye mitambo ya nguvu ya joto (TPPs) inayowaka makaa ya mawe na, kwa kiasi kidogo, mafuta na gesi, pamoja na mitambo ya umeme wa maji. Hakukuwa na mitambo ya nyuklia ya aina ya viwanda kabla ya 1969. Kufikia 1973, karibu nchi zote zilizoendelea kiviwanda zilikuwa zimemaliza rasilimali za nguvu kubwa ya maji. Kupanda kwa bei ya nishati baada ya 1973, ukuaji wa kasi wa mahitaji ya umeme, na wasiwasi unaoongezeka juu ya kupoteza uhuru wa nishati ya kitaifa yote ilichangia mtazamo wa nishati ya nyuklia kama chanzo pekee cha nishati mbadala kwa siku zijazo zinazoonekana. Vikwazo vya mafuta vya Waarabu vya 1973-1974 vilitoa wimbi la ziada la maagizo na utabiri wa matumaini kwa maendeleo ya nishati ya nyuklia.

Lakini kila mwaka uliofuata ulifanya marekebisho yake kwa utabiri huu. Kwa upande mmoja, nishati ya nyuklia ilikuwa na wafuasi wake katika serikali, sekta ya urani, maabara ya utafiti na makampuni ya nishati yenye ushawishi. Kwa upande mwingine, upinzani mkali uliibuka, ukiunganisha vikundi vinavyotetea masilahi ya idadi ya watu, usafi wa mazingira na haki za watumiaji. Mjadala huo, ambao unaendelea hadi leo, umezingatia zaidi athari mbaya za hatua mbali mbali za mzunguko wa mafuta kwenye mazingira, uwezekano wa ajali za mitambo na matokeo yao, shirika la ujenzi na uendeshaji wa vinu, chaguzi zinazokubalika za mitambo. utupaji taka za nyuklia, uwezekano wa hujuma na mashambulizi ya kigaidi kwenye vinu vya nyuklia, pamoja na masuala ya kuzidisha juhudi za kitaifa na kimataifa katika uwanja wa kutoeneza silaha za nyuklia.

Masuala ya usalama.

Maafa ya Chernobyl na ajali nyingine za kinu cha nyuklia katika miaka ya 1970 na 1980, miongoni mwa mambo mengine, zilionyesha wazi kwamba ajali hizo mara nyingi hazitabiriki. Kwa mfano, huko Chernobyl, kiboreshaji cha kitengo cha 4 cha nguvu kiliharibiwa vibaya kwa sababu ya msukumo mkali wa nguvu ambao ulitokea wakati wa kuzima kwa ratiba. Reactor ilikuwa ndani ya ganda la zege na ilikuwa na mfumo wa baridi wa dharura na mifumo mingine ya kisasa ya usalama. Lakini haijawahi kutokea kwa mtu yeyote kwamba wakati reactor imezimwa, kuruka mkali kwa nguvu kunaweza kutokea na gesi ya hidrojeni inayoundwa kwenye reactor baada ya kuruka vile, iliyochanganywa na hewa, ingeweza kulipuka ili kuharibu jengo la reactor. Kama matokeo ya ajali hiyo, zaidi ya watu 30 walikufa, zaidi ya watu 200,000 huko Kyiv na mikoa ya jirani walipokea kipimo kikubwa cha mionzi, na maji ya Kyiv yalikuwa machafu. Kaskazini mwa eneo la maafa - moja kwa moja kwenye njia ya wingu la mionzi - kuna mabwawa makubwa ya Pripyat, ambayo ni muhimu kwa ikolojia ya Belarusi, Ukraine na Urusi ya magharibi.

Nchini Marekani, vifaa vya ujenzi na uendeshaji wa vinu vya nyuklia pia vimekabiliwa na masuala mengi ya usalama ambayo yamepunguza kasi ya ujenzi, yamelazimisha mabadiliko mengi ya viwango vya kubuni na uendeshaji, na kuongezeka kwa gharama na gharama za nishati. Inaonekana kumekuwa na vyanzo viwili vikuu vya matatizo haya. Mojawapo ni ukosefu wa maarifa na uzoefu katika sekta hii mpya ya nishati. Nyingine ni maendeleo ya teknolojia ya kinuklia, ambayo inaleta matatizo mapya. Lakini zile za zamani pia zimesalia, kama vile ulikaji wa mabomba ya jenereta ya mvuke na kupasuka kwa mabomba ya kiyeyusho cha maji yanayochemka. Masuala mengine ya usalama hayajatatuliwa kikamilifu, kama vile uharibifu unaosababishwa na mabadiliko ya ghafla ya mtiririko wa baridi.

Uchumi wa Nishati ya Nyuklia.

Uwekezaji katika nishati ya nyuklia, kama uwekezaji katika maeneo mengine ya uzalishaji wa umeme, unahesabiwa haki kiuchumi ikiwa masharti mawili yametimizwa: gharama kwa kila saa ya kilowati sio zaidi ya njia mbadala ya bei nafuu zaidi ya uzalishaji, na mahitaji yanayotarajiwa ya umeme ni ya juu vya kutosha kwamba nishati inayozalishwa inaweza kuuzwa kwa bei inayozidi gharama yake. Mapema miaka ya 1970, matarajio ya kiuchumi ya kimataifa yalionekana kufaa sana kwa nishati ya nyuklia: mahitaji ya umeme na bei za nishati kuu, makaa ya mawe na mafuta, zilikuwa zikipanda kwa kasi. Kuhusu gharama ya ujenzi wa mtambo wa nyuklia, karibu wataalam wote walikuwa na hakika kwamba itakuwa imara au hata kuanza kupungua. Walakini, mwanzoni mwa miaka ya 1980, ikawa wazi kuwa makadirio haya yalikuwa na makosa: ukuaji wa mahitaji ya umeme ulisimamishwa, bei ya mafuta asilia haikuongezeka tu, lakini hata ilianza kupungua, na ujenzi wa mitambo ya nyuklia ulikuwa zaidi. ghali kuliko inavyotarajiwa katika utabiri usio na matumaini. Kama matokeo, nishati ya nyuklia kila mahali iliingia katika kipindi cha shida kubwa za kiuchumi, na zilikuwa mbaya zaidi katika nchi ambayo ilianzia na kuendelezwa kwa nguvu zaidi - huko Merika.

Iwapo tutafanya uchanganuzi linganishi wa uchumi wa nishati ya nyuklia nchini Marekani, inakuwa wazi kwa nini tasnia hii imepoteza ushindani wake. Tangu mwanzoni mwa miaka ya 1970, gharama za mitambo ya nyuklia zimeongezeka sana. Gharama za mtambo wa kawaida wa nishati ya joto hujumuisha uwekezaji wa moja kwa moja na usio wa moja kwa moja wa mtaji, gharama za mafuta, gharama za uendeshaji na gharama za matengenezo. Katika maisha ya huduma ya kituo cha nguvu cha makaa ya mawe, gharama ya mafuta ni wastani wa 50-60% ya gharama zote. Katika kesi ya mitambo ya nyuklia, uwekezaji wa mtaji unatawala, uhasibu kwa karibu 70% ya gharama zote. Gharama za mtaji za vinu vipya vya nyuklia kwa wastani huzidi kwa kiasi kikubwa gharama za mafuta ya mitambo ya nishati ya makaa ya mawe katika maisha yao yote ya huduma, ambayo inapuuza faida ya kuokoa mafuta katika kesi ya mitambo ya nyuklia.

Matarajio ya nishati ya nyuklia.

Miongoni mwa wale wanaosisitiza juu ya hitaji la kuendelea na utafutaji wa njia salama na za gharama nafuu za kuendeleza nishati ya nyuklia, maelekezo mawili kuu yanaweza kutofautishwa. Wafuasi wa zamani wanaamini kwamba juhudi zote zinapaswa kulenga kuondoa kutoaminiana kwa umma katika usalama wa teknolojia ya nyuklia. Ili kufanya hivyo, ni muhimu kuendeleza reactor mpya ambazo ni salama zaidi kuliko zilizopo za maji ya mwanga. Kuna aina mbili za vinu vya kuvutia hapa: kiyeyeyusha "salama sana kiteknolojia" na kinu "moduli" cha halijoto ya juu kilichopozwa na gesi.

Mfano wa kinu cha kupozwa kwa gesi ya kawaida kilitengenezwa nchini Ujerumani, na vile vile huko USA na Japan. Tofauti na kiboreshaji cha maji nyepesi, muundo wa kiboreshaji cha kupozwa kwa gesi ya kawaida ni kwamba usalama wa operesheni yake unahakikishwa bila vitendo - bila vitendo vya moja kwa moja vya waendeshaji au mifumo ya ulinzi ya umeme au mitambo. Vitendo vilivyo salama sana kiteknolojia pia hutumia mfumo wa ulinzi wa hali ya juu. Reactor kama hiyo, wazo la ambayo ilipendekezwa nchini Uswidi, inaonekana haikuendelea zaidi ya hatua ya muundo. Lakini imepokea uungwaji mkono mkubwa nchini Marekani miongoni mwa wale wanaoona faida zinazowezekana dhidi ya vinu vya kupozwa kwa gesi ya kawaida. Lakini mustakabali wa chaguzi zote mbili hauna uhakika kutokana na gharama zao zisizo na uhakika, matatizo ya maendeleo, na mustakabali wenye utata wa nguvu za nyuklia zenyewe.

Wafuasi wa itikadi nyingine wanaamini kwamba kuna muda mchache uliosalia wa kuendeleza teknolojia mpya ya kinu kabla ya nchi zilizoendelea kuhitaji mitambo mipya ya nguvu. Kwa maoni yao, kipaumbele cha kwanza ni kuchochea uwekezaji katika nishati ya nyuklia.

Lakini pamoja na matarajio haya mawili ya maendeleo ya nishati ya nyuklia, mtazamo tofauti kabisa umeibuka. Anaweka matumaini juu ya matumizi kamili zaidi ya nishati inayotolewa, rasilimali za nishati mbadala (paneli za jua, n.k.) na uhifadhi wa nishati. Kwa mujibu wa wafuasi wa mtazamo huu, ikiwa nchi za juu zitabadilika kuendeleza vyanzo vya mwanga vya kiuchumi zaidi, vifaa vya umeme vya kaya, vifaa vya kupokanzwa na viyoyozi, basi umeme uliohifadhiwa utatosha kufanya bila mimea yote ya nyuklia iliyopo. Kupungua kwa kiasi kikubwa kwa matumizi ya umeme kunaonyesha kuwa ufanisi unaweza kuwa jambo muhimu katika kupunguza mahitaji ya umeme.

Kwa hivyo, nishati ya nyuklia bado haijapitisha majaribio ya ufanisi, usalama na nia njema ya umma. Mustakabali wake sasa unategemea jinsi udhibiti wa ujenzi na uendeshaji wa vinu vya nguvu za nyuklia utakavyotekelezwa kwa ufanisi na kwa uhakika, na pia jinsi matatizo mengine kadhaa, kama vile tatizo la utupaji taka zenye mionzi, yatatatuliwa. Mustakabali wa nishati ya nyuklia pia inategemea uwezekano na upanuzi wa washindani wake wenye nguvu - mitambo ya nishati ya makaa ya mawe, teknolojia mpya za kuokoa nishati na rasilimali za nishati mbadala.

Nishati ya mmenyuko wa nyuklia imejilimbikizia kwenye kiini cha atomi. Atomu ni chembe ndogo inayounda maada yote katika Ulimwengu.

Kiasi cha nishati kutoka kwa mgawanyiko wa nyuklia ni kubwa sana na inaweza kutumika kuunda umeme, lakini lazima kwanza kutolewa kutoka kwa atomi.

Kupata nishati

Kuunganisha nishati kutoka kwa mmenyuko wa nyuklia hutokea kupitia vifaa vinavyoweza kudhibiti mgawanyiko wa atomiki ili kuzalisha umeme.

Mafuta yanayotumika kwa vinu na uzalishaji wa nishati mara nyingi ni pellets za kipengele cha urani. Katika kinu cha nyuklia, atomi za urani hulazimika kuanguka. Zinapogawanyika, atomi hutoa chembe ndogo zinazoitwa bidhaa za fission. Bidhaa za mgawanyiko hufanya kazi kwenye atomi zingine za urani kutenganisha - mmenyuko wa mnyororo huanza. Nishati ya nyuklia iliyotolewa kutoka kwa mmenyuko huu wa mnyororo huunda joto. Joto kutoka kwa kinu cha nyuklia hufanya iwe moto sana, kwa hivyo inahitaji kupoa.

Kipozezi bora zaidi kiteknolojia kwa kawaida ni maji, lakini vinu vya nyuklia vingine hutumia chuma kioevu au chumvi iliyoyeyuka. Kipozeo chenye joto kutoka kwenye msingi hutoa mvuke. Mvuke hufanya kazi kwenye turbine ya mvuke, kuigeuza. Turbine imeunganishwa kwa njia ya maambukizi ya mitambo kwa jenereta, ambayo hutoa umeme.
Reactors hudhibitiwa kwa kutumia vijiti vya kudhibiti ambavyo vinaweza kubadilishwa kwa kiasi cha joto kinachozalishwa. Vijiti vya kudhibiti hutengenezwa kutoka kwa nyenzo kama vile cadmium, hafnium au boroni ili kunyonya baadhi ya bidhaa zinazoundwa na mgawanyiko wa nyuklia. Fimbo zipo wakati wa mmenyuko wa mnyororo ili kudhibiti majibu. Kuondoa fimbo itawawezesha mmenyuko wa mnyororo kuendeleza zaidi na kuunda umeme zaidi.

Takriban asilimia 15 ya nishati ya umeme duniani huzalishwa na mitambo ya nyuklia.

Marekani ina vinu zaidi ya 100, ingawa Marekani inazalisha umeme wake mwingi kutokana na nishati ya kisukuku na nishati ya umeme wa maji.

Katika Urusi kuna vitengo 33 vya nguvu kwenye mitambo ya nyuklia 10 - 15% ya usawa wa nishati ya nchi.

Lithuania, Ufaransa na Slovakia hutumia sehemu kubwa ya umeme wao kutoka kwa mitambo ya nyuklia.

Mafuta ya nyuklia yanayotumika kuzalisha nishati

Urani ndio mafuta yanayotumiwa sana kutengeneza nishati ya athari ya nyuklia. Hii ni kwa sababu atomi za urani hutengana kwa urahisi. Aina maalum ya urani inayozalishwa, inayoitwa U-235, ni nadra. U-235 hufanya chini ya asilimia moja ya uranium duniani.

Uranium inachimbwa Australia, Kanada, Kazakhstan, Urusi, Uzbekistan na lazima ichaguliwe kabla ya kutumika.

Kwa kuwa mafuta ya nyuklia yanaweza kutumika kuunda silaha, uzalishaji unategemea Mkataba wa Kuzuia Uenezaji wa Uranium au plutonium au mafuta mengine ya nyuklia. Mkataba huo unakuza matumizi ya amani ya mafuta, pamoja na kuzuia kuenea kwa aina hii ya silaha.

Reactor ya kawaida hutumia takriban tani 200 za urani kila mwaka. Michakato changamano huruhusu baadhi ya urani na plutonium kurutubishwa tena au kuchakatwa upya. Hii inapunguza kiasi cha uchimbaji madini, uchimbaji na usindikaji.

Nishati ya nyuklia na watu

Nishati ya nyuklia huzalisha umeme ambao unaweza kutumika kuimarisha nyumba, shule, biashara na hospitali.

Kinu cha kwanza cha kuzalisha umeme kilijengwa Idaho, Marekani na kwa majaribio kilianza kujiendesha chenyewe mnamo 1951.

Mnamo 1954, kiwanda cha kwanza cha nguvu za nyuklia kiliundwa huko Obninsk, Urusi, iliyoundwa kutoa nishati kwa watu.

Ujenzi wa vinu vya kuchimba nishati ya athari za nyuklia unahitaji kiwango cha juu cha teknolojia na ni nchi ambazo zimetia saini mkataba wa kuzuia kuenea tu ndizo zinaweza kupata urani au plutonium inayohitajika. Kwa sababu hizi, mitambo mingi ya nyuklia iko katika nchi zilizoendelea za ulimwengu.

Mitambo ya nyuklia inazalisha rasilimali zinazoweza kurejeshwa, rafiki wa mazingira. Hazichafui hewa au kutoa uzalishaji wa gesi chafu. Zinaweza kujengwa mijini au vijijini na hazibadilishi kwa kiasi kikubwa mazingira yanayowazunguka.

Nyenzo za mionzi kutoka kwa mitambo ya nguvu

Nyenzo zenye mionzi katika uk Reactor ni salama kwa sababu imepozwa katika muundo tofauti unaoitwa mnara wa baridi. Mvuke hugeuka tena kuwa maji na inaweza kutumika tena kuzalisha umeme. Mvuke wa ziada hurejeshwa tena kwenye angahewa, ambapo hauna madhara kama maji safi.

Hata hivyo, nishati kutoka kwa mmenyuko wa nyuklia ina bidhaa kwa namna ya nyenzo za mionzi. Nyenzo za mionzi ni mkusanyiko wa viini visivyo na msimamo. Viini hivi hupoteza nguvu zao na vinaweza kuathiri nyenzo nyingi zinazozunguka, ikiwa ni pamoja na viumbe hai na mazingira. Nyenzo zenye mionzi zinaweza kuwa na sumu kali, na kusababisha ugonjwa, na kuongeza hatari ya saratani, shida ya damu na kuoza kwa mifupa.

Takataka zenye mionzi ni zile zinazosalia kutokana na utendakazi wa kinu cha nyuklia.

Taka zenye mionzi hufunika nguo za kinga zinazovaliwa na wafanyakazi, zana na vitambaa vilivyogusana na vumbi lenye mionzi. Taka zenye mionzi ni za muda mrefu. Nyenzo kama vile nguo na zana zinaweza kubaki zenye mionzi kwa maelfu ya miaka. Serikali inadhibiti jinsi nyenzo hizi zinavyotupwa ili visichafue kitu kingine chochote.

Mafuta na vijiti vinavyotumiwa ni vya mionzi sana. Pellet za urani zinazotumika lazima zihifadhiwe kwenye vyombo maalum vinavyofanana na mabwawa makubwa ya kuogelea.Baadhi ya mimea huhifadhi mafuta wanayotumia kwenye matangi ya kuhifadhia makavu yaliyo juu ya ardhi.

Maji yanayopoza mafuta hayagusani na mionzi na kwa hivyo ni salama.

Pia kuna wale wanaojulikana ambao wana kanuni tofauti kidogo ya uendeshaji.

Matumizi ya nishati ya nyuklia na usalama wa mionzi

Wakosoaji wa matumizi ya nishati ya athari ya nyuklia wana wasiwasi kwamba vifaa vya kuhifadhia taka za mionzi vitavuja, kupasuka au kuanguka. Nyenzo ya mionzi inaweza kisha kuchafua udongo na maji ya chini ya ardhi karibu na tovuti. Hii inaweza kusababisha matatizo makubwa ya afya kwa watu na viumbe hai katika eneo hilo. Watu wote watalazimika kuhama.

Hiki ndicho kilichotokea Chernobyl, Ukrainia mwaka wa 1986. Mlipuko wa mvuke katika moja ya mitambo ya kinu cha nne cha nyuklia uliiharibu na moto ukazuka. Wingu la chembe za mionzi ziliundwa, ambazo zilianguka chini au kupeperushwa na upepo, na chembe hizo ziliingia kwenye mzunguko wa maji kwa asili kama mvua. Nyingi za athari za mionzi zilianguka Belarusi.

Matokeo ya mazingira ya maafa ya Chernobyl yalitokea mara moja. Kilomita karibu na tovuti, msitu wa misonobari umekauka, na rangi nyekundu ya misonobari iliyokufa imepata eneo hilo jina la utani la Red Forest. Samaki kutoka Mto wa Pripyat ulio karibu wamepata mionzi na watu hawataweza tena kuwala. Ng'ombe na farasi walikufa. Zaidi ya watu 100,000 walihamishwa baada ya maafa hayo, lakini idadi ya majeruhi wa binadamu kutoka Chernobyl ni vigumu kubainisha.

Madhara ya sumu ya mionzi yanaonekana tu baada ya miaka mingi. Kwa magonjwa kama saratani, ni ngumu kuamua chanzo.

Mustakabali wa nishati ya nyuklia

Reactor hutumia mgawanyiko au mgawanyiko wa atomi kutoa nishati.

Nishati ya mmenyuko wa nyuklia pia inaweza kuzalishwa kwa kuunganisha au kuunganisha atomi pamoja. Katika uzalishaji. Jua, kwa mfano, mara kwa mara hupitia muunganisho wa nyuklia wa atomi za hidrojeni na kuunda heliamu. Kwa kuwa maisha kwenye sayari yetu hutegemea Jua, tunaweza kusema kwamba mgawanyiko hufanya maisha duniani yawezekane.

Mitambo ya nyuklia bado haina uwezo wa kuzalisha nishati kwa usalama na kwa uhakika kupitia muunganisho wa nyuklia (muungano), lakini wanasayansi wanachunguza muunganisho wa nyuklia kwa sababu mchakato huo una uwezekano wa kuwa salama na wa gharama nafuu zaidi kama aina mbadala ya nishati.

Nishati ya mmenyuko wa nyuklia ni kubwa na lazima itumiwe na watu. Changamoto ya kupata nishati hii ni miundo mingi inayoshindana yenye vijokofu tofauti, halijoto ya kufanya kazi na shinikizo la kupozea, wasimamizi, n.k., pamoja na aina mbalimbali za matokeo ya nguvu za muundo. Kwa hivyo, uzoefu wa utengenezaji na uendeshaji utachukua jukumu muhimu.