Базовые знания об атомной энергетике

Развитие ядерно-энергетических технологий. С тех пор, как в декабре 1951 года экспериментальный завод-размножитель № 1 США (EBR-1) впервые применил ядерную энергию для выработки электроэнергии, мировая ядерная энергетика развивалась уже более 50 лет. В 2018 году в мире действовало более 500 атомных энергоблоков, что составляло около 18 процентов от общего объема производства электроэнергии в мире.

 

Все в мире состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из ядра и электронов вокруг него. Слияние легких ядер и расщепление тяжелых ядер высвобождают энергию, которая называется энергией синтеза и энергией деления соответственно, или сокращенно ядерной энергией.

Ядерная энергия, о которой вы говорите, — это энергия ядерного деления. Топливом для атомных электростанций является уран. Уран – это элемент тяжелого металла. Природный уран состоит из трех изотопов:

Уран{{0}} имеет содержание 0,71 процента

Уран-238 содержит 99,28%

0.0058% содержания урана-234 Уран-235 – это единственный найденный в природе нуклид, склонный к делению.

Когда нейтрон бомбардирует ядро ​​-235 урана, ядерная энергия атома разделяется на два более легких ядра, производя одновременно два или три нейтрона и лучи и выделяя энергию. Если новый нейтрон попадает в другое ядро ​​урана -235, это может вызвать новое деление. В цепной реакции энергия выделяется бесконечным потоком.

Сколько энергии высвобождается при делении урана-235? Энергия, выделяемая при делении 1 кг урана-235, эквивалентна энергии, выделяемой при сжигании 2700 тонн стандартного угля.

 

Реактор является ключевой конструкцией атомной электростанции, в нем происходит цепная реакция деления. Существует много типов реакторов, и наиболее часто используемым реактором на атомной электростанции является реактор с водой под давлением.

Первое, что у вас есть в реакторе с водой под давлением, — это ядерное топливо. Ядерное топливо состоит из спеченных таблеток диоксида урана размером с маленький палец, упакованных в циркониевые трубки, которые собраны вместе в тепловыделяющую сборку из более чем трехсот циркониевых трубок, содержащих таблетки. Большинство сборок содержат пучок управляющих стержней. которые контролируют силу цепной реакции, а также начало и конец реакции.

В водо-водяном реакторе в качестве теплоносителя используется вода, протекающая через тепловыделяющую сборку под давлением основного насоса. После поглощения тепла, выделяемого при ядерном делении, оно вытекает из реактора в парогенератор, где передает тепло воде на вторичной стороне, превращая их в пар и направляя на выработку электроэнергии, в то время как температура сам основной теплоноситель опускается. Затем основной теплоноситель из парогенератора направляется обратно в реактор основным насосом для нагрева. Этот канал циркуляции теплоносителя называется первичным контуром, а первичный

давление поддерживается и регулируется регулятором напряжения.

 

Тепловые электростанции используют уголь и нефть для выработки электроэнергии, гидроэлектростанции используют гидроэлектроэнергию, а атомные электростанции — это новые электростанции, которые используют энергию, содержащуюся в ядре, для выработки электроэнергии. Атомные электростанции можно условно разделить на две части: одна представляет собой ядерный остров, использующий ядерную энергию для производства пара, включая реакторную установку и основную систему; генераторная система.

Топливом, используемым на атомных электростанциях, является уран. Уран — очень тяжелый металл. Ядерное топливо из урана расщепляется в устройстве, называемом реактором, которое производит большое количество тепловой энергии. Эта тепловая энергия переносится водой под высоким давлением, а пар вырабатывается в парогенераторе, который вместе с генератором приводит во вращение газовую турбину. Электричество вырабатывается непрерывно и передается повсюду через электрическую сеть. Так работает наиболее распространенный тип атомной электростанции с водо-водяным реактором.

В развитых странах ядерная энергетика развивалась десятилетиями и стала зрелым источником энергии. Атомная промышленность Китая развивается уже более 40 лет, и в ней создана достаточно полная система ядерного топливного цикла от геологических исследований, добычи до обработки и переработки компонентов. Он построил много типов ядерных реакторов и имеет многолетний опыт управления безопасностью и эксплуатации, а также полную профессиональную и техническую команду. Строительство и эксплуатация атомной электростанции - это сложная технология. Страна уже может проектировать, строить и эксплуатировать собственные атомные электростанции. Циньшаньская атомная электростанция была исследована, спроектирована и построена самим Китаем.

 

Электроэнергия производится на электростанциях. Нам известны угольные электростанции, работающие на угле или нефти, гидроэлектростанции, работающие на воде, а также небольшие или экспериментальные электростанции, производящие электроэнергию из ветра, солнца, геотермальной энергии, приливов, волн и метана. Атомные электростанции — это новые типы электростанций, которые используют энергию, содержащуюся в ядре, для производства электроэнергии в больших масштабах.

Топливом, используемым на атомных электростанциях, является уран. Уран — очень тяжелый металл. Ядерное топливо, изготовленное из урана, расщепляется в устройстве, называемом реактором, и производит большое количество тепловой энергии. Эта тепловая энергия выносится водой под высоким давлением. Он вырабатывается в парогенераторах и рассылается по электрическим сетям повсюду. Так работают самые распространенные атомные электростанции с водо-водяными реакторами.

 

Около 100 лет назад ученые обнаружили, что некоторые вещества излучают три вида излучения: альфа (альфа) лучи, бета (бета) лучи и гамма (гамма) лучи.

Более поздние исследования доказали, что альфа-лучи были потоками альфа-частиц (ядер гелия), а бета-лучи были потоками бета-частиц (электронов), вместе известных как излучение частиц. То же самое касается нейтронных лучей, космических лучей и т. д. Гамма-лучи — это электромагнитные волны с очень короткой длиной волны, называемые электромагнитным излучением. То же самое верно для рентгеновских лучей и так далее.

Общие характеристики этих лучей:

1. У них есть определенная способность проникать сквозь материю;

2. люди не могут воспринимать пять чувств, но могут сделать фотопластинку чувствительной;

3. облучение некоторыми специальными веществами может излучать видимую флуоресценцию;

4. Ионизация происходит при прохождении через вещество.

Лучи оказывают определенное воздействие на живые организмы, главным образом посредством ионизации.

Радиации не следует бояться. В пище, которую мы едим, в домах, в которых мы живем, и даже в наших телах есть вещества, излучающие радиацию. Мы все получаем определенное количество радиации, когда носим светящиеся часы, делаем рентген, летаем в самолете и курим. Однако слишком высокая доза радиации может вызвать вредные последствия.

 

Ядерный реактор — это устройство, которое поддерживает и контролирует цепную реакцию ядерного деления, тем самым обеспечивая преобразование ядерной энергии в тепловую.

Водо-водяной реактор для атомных электростанций имеет толстую стальную трубчатую оболочку с несколькими водозаборами и отводами в перетяжке, называемую корпусом высокого давления. Корпус реактора с водой под давлением мощностью 900 МВт имеет высоту 12 м, диаметр 3,9 м и толщину стенки около 0,2 м.

Внутри корпуса высокого давления находится активная зона реактора, состоящая из ТВС и блока СУЗ. Вода течет через щели между ними. Здесь вода делает две вещи: замедляет нейтроны, чтобы они могли быть поглощены ядрами урана-235, и отбирает у них тепло. PWR мощностью 900 МВт обычно содержит 157 тепловыделяющих сборок, содержащих около 80 тонн диоксида урана.

В верхней части корпуса высокого давления установлен механизм привода регулирующего стержня, который может осуществлять открытие реактора, остановку (в том числе аварийную) и регулирование мощности путем изменения положения регулирующего стержня.

 

Вообще говоря, ядерная авария происходит на ядерном объекте (например, на атомной электростанции), что приводит к выбросу радиоактивных материалов и подвергает работников и население облучению, превышающему или эквивалентному установленным пределам. Очевидно, что существует широкий диапазон степени тяжести ядерных аварий. Чтобы иметь единый стандарт понимания, международное сообщество классифицировало семь уровней важных для безопасности событий на ядерных установках.

Как видно из таблицы, к «авариям» относятся только уровни 4-7. Авария выше уровня 5 требует реализации внешнего плана действий в чрезвычайных ситуациях. В мире произошло три таких аварии, а именно Чернобыльская авария в Советском Союзе, авария на Венцкале в Соединенном Королевстве и авария на Три-Майл-Айленде в Соединенных Штатах.

 

Большинство заводов в Китае такие

1) Здание реактора: включая внутреннюю и внешнюю защитную оболочку и внутреннюю конструкцию, а также уловитель расплава активной зоны. Здание реактора представляет собой двухслойную цилиндрическую конструкцию, которая содержит и поддерживает основные объекты, связанные с первым контуром (включая корпус высокого давления и главный контур охлаждения, включая главный насос, испаритель и компенсатор давления). Камера перегрузки реактора и внутренние состав. Вспомогательное оборудование. Основной функцией установки является предотвращение влияния внешних событий на внутренние реакции и обеспечение отсутствия утечек. В том числе аварии первого контура потери воды, так что давление и температура в заводе.

1.1) Защитная оболочка: Защитная оболочка представляет собой конструкцию с двойными стенками, в которой внутренняя стена состоит из предварительно напряженного бетонного цилиндра и бетонного купола, а внутренняя сторона облицована сталью для обеспечения герметичности. Внешняя защитная оболочка устойчива к внешнему удару. Внешняя и внутренняя защитная оболочка изолированы кольцевой зоной шириной 1,8-метр, которая находится под отрицательным давлением для сбора утечек после аварии с утечкой и обеспечения фильтрации утечек перед их выпуском. в атмосферу. Двойная защитная оболочка считается эффективной защитой окружающей среды в случае серьезной аварии.

1.2) Внутренняя конструкция: основная функция заключается в обеспечении поддержки корпуса реактора и поддержки вспомогательного оборудования; Биологическая защита персонала и оборудования; Для предотвращения воздействия ударов труб и снарядов на защитную оболочку, контуры и системы безопасности.

1.3) Описание конструкции: внутренняя конструкция представляет собой железобетонную конструкцию, включая первичную и вторичную экранирующие стены, камеру перегрузки реактора; Пол и стена.

1.4) Ловушка расплава ядра: расположена под системой CVCS и VDS ядра, она разделена на три части, состоящие из нижней ямы, канала расширения расплава ядра и зоны расширения. Поверхность покрыта мелкозернистым бетоном. система оборотного водоснабжения для охлаждения расплавленного материала в случае аварии, а вода поступает из заправочного бака.

2) Цех безопасности: Цех безопасности 1 и 4 разделен на 9 уровней, которые расположены по обеим сторонам защитной оболочки; Цех 2 и 3 разделен на 8 уровней, расположенных вместе, с использованием двойных стен. Внешние стены отделены от каждого этажа цеха, а двери, ведущие в цех, должны иметь систему контроля доступа.

3) Здание топливного бака: расположено напротив здания реактора и здания безопасности 2, 3, а здание реактора и здание безопасности расположены на плотном фундаменте. 9 этажей (зона 0.00-19.5м). На западной стороне находится бассейн выдержки отработавшего топлива и связанные с ним объекты. На восточной стороне находится блок фильтрации аварийных отработанных газов. Примите двойную стену, дверь должна иметь систему контроля доступа.

4) Вспомогательное здание АЭС: Вспомогательные системы, необходимые для работы электростанции и не имеющие ничего общего с безопасностью, устанавливаются в АЭС, а также обустраиваются некоторые зоны обслуживания. Это железобетонная конструкция, фундамент отделен от плотного фундамента завода, а вокруг радиоактивного оборудования и систематической изоляции установлена ​​защитная конструкция. Обеспечена адекватная биологическая изоляция.

5) Доступ к заводу: Базовый завод оснащен необходимым оборудованием и средствами для обеспечения безопасного доступа персонала к ядерному острову. Фундамент входа и выхода из завода находится рядом с фундаментом ядерного острова, а осадочное соединение настроено так, чтобы обеспечить относительное смещение.

6) Завод радиоактивных отходов: он разделен на завод радиоактивных отходов (HQB) и завод хранения радиоактивных отходов (HQS), которые могут собирать, хранить и перерабатывать жидкие и твердые радиоактивные отходы. Для двух блоков он напрямую связан со зданием вспомогательной атомной станции блока 1, используемым для хранения и транспортировки отходов смолы и сбора, временного хранения, транспортировки жидких отходов. Между зданием радиоактивных отходов и вспомогательным зданием соединена тепловая труба. блока № 2 (2HQS) для транспортировки сточных вод блока № 2.

7) Машинное отделение аварийного дизельного двигателя: (HD) представляет собой железобетонную конструкцию. Его железобетонное основание плота, подземная часть и

внешние стены водонепроницаемы с асфальтовым изоляционным материалом. Полы, стены и потолочные поверхности, используемые для размещения резервуаров для хранения дизельного топлива и помещений резервуаров для дизельного топлива, оштукатурены цементным раствором с добавлением олеофобных материалов.

8) Водяная насосная станция безопасности: для бетонной конструкции конструкция железобетонной конструкции, соотношение соответствия и процесс должны иметь достаточную долговечность, чтобы основной корпус конструкции мог предотвратить эрозию грунтовых и морских вод, всей бетонной поверхности в контакт с водой следует использовать тонкую опалубку, в других местах можно использовать грубую опалубку.

 

Атомные электростанции используют очень мало ядерного топлива для производства большого количества электроэнергии, а стоимость киловатт-часа электроэнергии более чем на 20 процентов ниже, чем у угольных электростанций. Атомные электростанции также могут значительно сократить количество перевозимого топлива. Например, угольная электростанция мощностью 1 миллион киловатт потребляет от 3 до 4 миллионов тонн угля в год, тогда как атомная электростанция той же мощности потребляет всего 30 тонн угля в год. до 40 тонн урана. Еще одним преимуществом атомной энергетики является то, что она чистая, не загрязняет окружающую среду и производит практически нулевые выбросы, что идеально подходит для Китая, который быстро развивается и испытывает большое экологическое давление.

В 2007 г. Китай произвел 62,862 млрд. кВтч ядерной энергии и 59,263 млрд. кВтч электроэнергии в сети, что на 14,61 % и 14,39 % соответственно больше, чем в прошлом году. Тяньваньская АЭС с двумя блоками мощностью 1,06 млн кВт было введено в коммерческую эксплуатацию в мае и августе 2007 года соответственно, в результате чего общее количество действующих в Китае атомных энергоблоков достигло 11 с общей установленной мощностью 9,078 млн кВт.

К концу 2007 года установленная электрическая мощность Китая достигла 713 млн кВт, а спрос и предложение электроэнергии в стране оставались в общем равновесии. Между тем, с эксплуатацией двух атомных энергоблоков мощностью 2 млн кВт на Тяньваньской АЭС, Установленная мощность ядерной энергетики Китая достигла 8,85 млн киловатт.

В 2007 году установленная мощность гидроэлектростанций и тепловых электростанций выросла более чем на 10 процентов, достигнув 145 млн кВт и 554 млн кВт соответственно. Между тем, общая установленная мощность ветроэнергетики, подключенной к сети, удвоилась до 4,03 млн кВт.

Китай начал смягчать свою политику в отношении атомной энергетики, давно подчеркивая «ограниченное» развитие отрасли. С 2003 года Китай испытывает общий энергетический кризис. При этом внутренний призыв к энергичному развитию атомной энергетики становится все более сильным. Это последнее заявление высокого уровня о развитии ядерной энергетики, несомненно, заслуживает подтверждения, поскольку оно устанавливает стратегическую позицию для ядерной энергетики, которая не только позитивна для решения долгосрочной энергетической напряженности Китая, но и является идеальным способом поддержания Китая. потенциал стратегического сдерживания в мирное время, убивая два камня одним выстрелом.

В настоящее время в Китае общая установленная мощность строящихся или строящихся атомных электростанций составляет 8,7 гигаватт. По оценкам, установленная мощность ядерной энергетики Китая составит около 20 гигаватт к 2010 г. и 40 гигаватт к 2020 г. К 2050 г., по оценкам различных ведомств, установленную мощность ядерной энергетики Китая можно разделить на три сценария: высокий, средний и низкий: Высокий сценарий составляет 360 гигаватт (около 30 процентов от общей установленной мощности Китая), средний сценарий — 240 гигаватт (около 20 процентов от общей установленной мощности Китая), а низкий сценарий — 120 гигаватт (около 10 процентов от общей установленной мощности Китая). установленная мощность).

Национальная комиссия по развитию и реформам Китая разрабатывает план развития атомной энергетики в гражданской промышленности Китая. Ожидается, что к 2020 году общая установленная мощность Китая составит 900 млн кВтч, а доля ядерной энергетики составит 4 процента от общей мощности, что означает, что к 2020 году ядерная энергия Китая составит 36-40 ГВт. , Это означает, что к 2020 г.

Китай будет иметь 40-мегаваттные атомные электростанции, эквивалентные Daya Bay.

Судя по общей тенденции развития атомной энергетики, технологические и стратегические пути развития атомной энергетики Китая давно определены и реализуются: водо-водяной реактор в настоящее время, реактор на быстрых нейтронах в среднесрочной перспективе и термоядерный реактор в долгосрочной перспективе. В частности, в ближайшем будущем она разработает атомные электростанции с реакторами на тепловых нейтронах. Чтобы в полной мере использовать ресурсы урана, принять технический путь уран-плутониевого цикла и разработать атомные электростанции с реакторами на быстрых нейтронах в среднесрочной перспективе. В долгосрочной перспективе будут разработаны атомные электростанции с термоядерными реакторами, чтобы в основном решить противоречие спроса на энергию «навсегда».

 

С Японией в качестве центра международные предприятия атомной энергетики сформировали трехстороннюю ситуацию: Hitachi из японского консорциума Fuji -- GM из США, Toshiba из японского консорциума Mitsui -- Westinghouse из США, Mitsubishi Тяжелая промышленность японского консорциума Mitsubishi -- Areva из Франции. Появилась зачаточная форма японской монополии в области технологий и рынка ядерной энергетики, и корректировка энергетической стратегии Китая для ускорения развития применения ядерной энергии неизбежно будет зависеть от Японии. .

 

На протяжении всей истории развития атомной энергетики

программы технологии электростанций можно условно разделить на четыре

поколений, а именно:

 

Разработка и строительство атомных электростанций началось в 1950-х годах. В 1954 г. в бывшем Советском Союзе была построена экспериментальная атомная электростанция электрической мощностью 5 МВт, а в 1957 г. в США была построена опытная морская портовая атомная электростанция электрической мощностью 90,000 киловатты. Эти достижения доказали техническую возможность использования ядерной энергии для производства электроэнергии. Эти экспериментальные и прототипные атомные электростанции во всем мире называются атомными электростанциями первого поколения.

 

В конце 1960-х годов на базе опытных и опытных атомных энергоблоков, водо-водяных реакторов, кипящих реакторов, тяжеловодных реакторов, графитовых водо-водяных реакторов и других атомных энергоблоков электрической мощностью 300,000 кВт строились один за другим, что еще раз подтвердило техническую возможность производства атомной энергии, а также доказало экономическую эффективность атомной энергетики. В 1970-х годах энергетический кризис, вызванный ростом цен на нефть, способствовал большому развитию атомной энергетики. Подавляющее большинство из более чем 400 находящихся в коммерческой эксплуатации атомных электростанций в мире были построены в этот период, традиционно известные как атомные электростанции второго поколения.

 

В 1990-е годы для преодоления негативных последствий серьезных аварий на АЭС «Три-Майл-Айленд» и Чернобыльской АЭС мировая атомная энергетика сосредоточила свои усилия на предотвращении и ликвидации последствий серьезных аварий. Соединенные Штаты и Европа последовательно выпустили документ «Расширенные требования к пользователям легководных реакторов». URD (документ с требованиями к коммунальным предприятиям) и требования европейских пользователей к атомным электростанциям с легководными реакторами (EUR). Дальнейшее уточнение предотвращения и смягчения последствий серьезных аварий, повышение безопасности и надежности, а также улучшение технических требований к человеческому фактору. В мире атомная энергетика блоки, которые соответствуют файлу URD или EUR, обычно называют блоками атомной энергетики третьего поколения. АЭС третьего поколения должны быть готовы к промышленному строительству к 2010 году.

 

В январе 2000 года по инициативе Министерства энергетики США десять стран, заинтересованных в развитии атомной энергетики, включая США, Великобританию, Швейцарию, Южную Африку, Японию, Францию, Канаду, Бразилию, Южную Корею и Аргентину, совместно сформировали «Международный форум по ядерной энергии четвертого поколения» (МФП). В июле 2001 года они подписали контракт о сотрудничестве в области исследований и разработок в области технологий ядерной энергетики четвертого поколения. Предполагается, что решения в области ядерной энергетики четвертого поколения будут более безопасными и экономичными, с минимальными отходами, отсутствием необходимости аварийного реагирования за пределами площадки и присущими возможностями нераспространения. Высокотемпературные реакторы с газовым охлаждением, реакторы с расплавленной солью и быстрые реакторы с натриевым охлаждением относятся к реакторам четвертого поколения.

АЭС первого поколения является реактором-прототипом, целью которого является проверка технологии проектирования и перспектив коммерческого развития АЭС. Атомные электростанции второго поколения — это коммерческие реакторы с отработанной технологией, и большинство действующих атомных электростанций в настоящее время относятся к атомным электростанциям второго поколения. Атомные электростанции третьего поколения — это те, которые соответствуют требованиям URD или EUR, с повышенной безопасностью и экономичностью по сравнению с атомными электростанциями второго поколения и относятся к основному направлению будущего развития.

Мы уже знаем, что радиоактивность существует повсюду в природе, и мы получаем радиацию от природного фона. Так откуда же берется это естественное излучение? И в какой степени? «Фон» естественного излучения исходит из двух источников: излучение в виде частиц высокой энергии из космоса, известных под общим названием космические лучи; Другим источником является естественная радиоактивность, радиоактивное излучение, которое естественным образом присутствует в обычных веществах, таких как воздух, вода, грязь и камни, и даже в пище. Кроме того, люди в современном обществе подвергаются воздействию всех видов антропогенного излучения, такого как рентгеновские лучи, просмотр телевизора, использование микроволновых печей и т. д. В следующей таблице перечислены различные типы фонового излучения в зависимости от величины излучения. Из таблицы видно, что человек, употребляя пищу, пользуясь, живя и путешествуя, получит небольшое количество радиоактивного излучения, среди которых излучение атомных электростанций очень мало и им можно полностью пренебречь.

 

Действие радиации на организм человека начинается в клетках. Он ускоряет гибель клеток, тормозит образование новых клеток или вызывает деформацию клеток или изменение биохимических реакций организма. При низких дозах облучения человеческий организм сам обладает определенной способностью восстанавливать радиационные повреждения и может восстанавливать вышеуказанные реакции, не проявляя вредных последствий или симптомов. , это вызовет локальные или системные поражения. В следующей таблице показаны международно признанные в настоящее время биологические эффекты радиации. Видно, что организм человека без травм выдерживает концентрированную дозу в 25 бэр. Конечно, способность к сопротивлению и конституция у каждого человека разная.