19)Атомные электростанции

Краткие исторические сведения. Историю освоения атомной энергии и ее практического использования часто исчисляют с от¬крытия в 1896 г. Анри Беккерелем явления радиоактивности (здесь следует сделать оговорку, что широко применяемые термины «атом¬ная энергия» и «ядерная энергия» по установившейся традиции применяются как синонимы).

Спустя несколько лет после открытия Беккереля многие ученые стали рассматривать атом как потенциальный, практически неис¬черпаемый источник энергии, хотя и не располагали достаточными знаниями о ее природе. В это время Резерфорд говорил, что если когда-нибудь удастся осуществить контроль над скоростью рас¬пада радиоактивных элементов, то это позволит получить колос¬сальный источник энергии в форме небольшого сгустка материи.

Однако в последующие годы неудачные попытки извлечь ядер- ную энергию вызвали разочарование у многих исследователей. Ре¬зерфорд даже назвал идею промышленного использования ядерной энергии «чепухой».

Прошло еще несколько лет, и физики Отто Ган и Фриц Штрас- сман, обнаружив, что при бомбардировке тяжелых ядер урана нейтронами получается барий, вплотную подошли к объяснению процесса расщепления атомного ядра, сопровождающегося выде¬лением энергии. Реальное использование этой энергии стало делом времени.

Далее ученые no мHOI их гтрлиа почт одновременно установили, чг.> , доломим ядра урана нспусиаотоя Оодее одного Meftгрома. (.иодонатольно, ядро при делении мож> i НЫШШ» Долпии: Оолоо, чем одною ядра г е tUMMuVin ионная реакция. ' ‘

Лльберт Эйнштейн и изпестнОМ письмо про.шдонту Нулвельту от 2 аагуста

1939 г. сообщил, что уран может служить што ком опдания «иск ночителыю

мощных бомб».

Впервые ядерная энергия атома Пыла превращена и то мл о 2 деииг.рд 1^4'J 4 п Чикаго (США) в лабораторной установке, сооруженной под рукиаодстын, итальянского физика Энрико Ферми. Первое испытание атомной бомбы соегш,- лось в США в штате Нью-Мексико М мюли НМ5 г., которое известило ^нр

о том, что атом вошел в жизнь человека и и лпел с уничтожающей силой.

В последующие годы проводились исследования но выявлению вочможнъетей

использования атомной энергии в мирных целях и технической пн эт-ix

возможностей.

Использование атомной эиергии на электрических станциях. Первая в мире АЭС была введена в эксплуатацию в г. Обнинсю (СССР) 24 июня 1954 г., о чем сообщило Московское радио. Затем сообщение об успешно завершенных работах по созданию первой промышленной электростанции на атомной энергии было переда : , зарубежными информационными агенствами, прокиммеишроваьо радио и прессой, воспринято как сенсации.

Однако атомная наука и техника начинались н нашей стране намного рань¬ше. Вот некоторые факты.

29 декабря 1910 г. русский ученый, акад. В. Вернадский в своей речи на общем собрании Академии наук говорил: «...когда человечество вступает в мопмГ< век лучистой — атомной — энергии, мы ... должны знать, должны выяснись, ни хранит в себе в этом отношении почва нашей родной страны» *. Этот поддающий¬ся исследователь был организатором поисков месторождений урана и тория.

Серьезную правительственную поддержку и развитие эта работа получила, однако, лишь после Великой Октябрьской революции. В 1918 г. в Академии наук был образован Радиевый отдел, а позднее — Радиевый институт. 30 июля 1918 I. В. И. Ленин подписал постановление правительства об ассигновании средств для организации пробного химического завода по извлечению концентрированных соединений радия из отечественного сырья. В ноябре 1921 г. Радиевый завод по-лучил первые высокоактивные препараты радия.

Шли годы. В Советском Союзе были созданы специальные исследовательские центры, образовалась советская научная школа физиков-ядерщиков. В 1939 г. советские ученые Я. Зельдович и Ю. Харитон теоретически обосновали возмож¬ность осуществления цепной реакции деления атомного ядра. В 1940 г. физики К. Петраж и Г. Флеров открыли самопроизвольное деление урана. Эти работы 'гкрывали перед советской наукой путь к управляемой атомной реакции, к атом- 1шн энергетике, но на пороге нашей страны стояла вторая мировая война...

Советским ученым пришлось приложить немало сил на создание атомной и водородной бомбы. Но не они были целью. Организовав за короткий срок атом¬ную промышленность, советские ученые продолжали работу по мирному исполь¬зованию атомной энергии. Уже и 1948 г. началось проектирование энергетических реакторов. Из большого числа предложенных проектов руководитель атомной программы акад. И. Курчатов выбрал для начала одни —тот самый, который стал основой для строительства первой АЭС.

Ее создатели отлично понимали: шок в человеческом сознании, вызванный Хиросимой и Нагасаки, можно преодолеть единственным способом — демонстра¬цией мирных возможностей атомною ядра. Развитие такой сложной научно-тех¬нической отрасли, как атомная энергетика, ем^о рал убедило человечество, сколько На АЭС' энергпя, получаемая и ре зулт те деления ядер урана на осколки, превращаемся и пчитную щерппо пара или газа и за¬тем и электрическую жерппо, т. <•. и ли р! шо днижепия электронов в проводнике. Деление ядер урана происходит при бомбардировке их нейтронами, и результате чей» получаются осколки ядер, обычно неодинаковые по массе, нейтроны п другие продукты деления, ко-торые разлетаются и разные стороны с огромными скоростями и имеют, следовательно, большие иелпчппы кинетической энергии. Получаемая при делении ядер чпергпя почти полностью превра¬щается в тепло. Установка, и которой происходит управляемая цеп¬ная ядерная реакция деления, па.читается яОсрпым реактором.

Обычные ТЭС принципиально отличаются от АЭС только тем, что рабочее тело па них получает тепло и парогенераторах при сжи¬гании органического топлива (па Аг)С в ядерпых реакторах). От¬личие этих станций иллюстрируется рис. \\А\ (см. вкл.). Для подо¬грева воды и превращения ее и пар и случае а используется тепло,

получаемое при сжигании угля, а и случае б тепло, получаемое

с помощью управляемой ядориой реакции деления.

Общий вид современной А г) О покапан на рис. 3.45, а. Основной элемент станции — ядерпый реактор состоит из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, систем/л управления, регулиро-вания и контроля, корпуса и биологической защиты.

Б рабочие каналы активной зоны помещают ядерное топливо в виде урановых или плутониевых стержней, покрытых герметичной металлической оболочкой. В -лих стержнях и происходит ядерная реакция, сопровождаемая выделением большого количества тепла. Поэтому стержни с ядерпым топливом называют тепловыделяю¬щими элементами или сокращенно твмлами. Количество твэлов в активной зоне может доходить до нескольких тысяч.

В активную зону помещают замедлитель нейтронов, через нее также проходит теплоноситель, под которым понимают вещество, тужащее для отвода тепла. И качестве теплоносителя используют- ся обычная вода, тяжелая вода, водяной пар, жидкие металлы, не-которые инертные газы (углекислый /аз, гелий). Теплоноситель с помощью принудительной ниркулянии омывает в рабочих кана¬лах поверхности твэлов, надевается и уносит с собой тепло для Дальнейшего использования. Активная зона окружена отражате¬лем, который возврашает в нее вылетающие нейтроны.

ЗАЩИТА

Защита должна ограничивать как при работе реактора, так и при его остановке уровни излучений до величин, не превышающих допустимых доз. Биологическая защита, в первую очередь, пред¬назначается для создания безопасных условий работы обслужива¬ющего персонала. Поэтому все излучающие устройства (весь пер¬вый контур) помещаются внутри защитной оболочки.

Биологическая защита выполняется двумя способами:

1) реактор и первый контур со всеми обслуживающими агре¬гатами находятся внутри защитного устройства и недоступны для обслуживания персонала;

2) реактор находится в более толстом защитном устройстве, а остальная часть линии первого контура — в другом, частично за-щищенном помещении, которое после остановки реактора доступ¬но для обслуживания.

Воспроизводство ядерного горючего. Цепная реакция деления ядер может быть получена с помощью изотопа урана 235U.

В природе встречаются два изотопа урана ; 235U и 238U — в су-щественно неодинаковом количестве. Запасы 238U составляют 99,3% от общих запасов урана, a 235U — всего лишь 0,7%.

Ядро 235U чрезвычайно неустойчиво и делится при попадании в него нейтронов любых энергий. Ядро 238U устойчиво и делится только при попадании быстрых нейтронов (обладающих большой энергией). Выделение нейтронов при делении 238U невелико, и вы¬звать цепную реакцию этого изотопа урана невозможно.

В созданной в 1939 г. советскими физиками Я. Б. Зельдовичем и Ю. Б. Харитоном теории цепной ядерной реакции показано, что протекание самоподдерживающегося цепного ядерного процесса возможно в том случае, когда коэффициент размножения нейтро¬нов k больше единицы или равен единице.

Перспективы развития атомных электростанций. Ни одна от-расль техники так бурно не развивалась, как атомная энергетика. Только в 1954 г. в Советском Союзе п г. Обнинске была пущена в эксплуатацию первая в мире АЭС, а уже 1 яннаря 1972 г. в мире насчитывалось 100 АЭС общей мощностью более 30 ГВт. Обычным электростанциям потребовалось почти 100 лет, чтобы пройти такой же путь развития.

Доля атомной энергетики п производстве электроэнергии в перспективе будет возрастать. Предполагается, что в ближай¬шие 10 лет мощности атомных электрических установок в мире достигнут 500 ГВт. Эта цифра условная, и мнения ведущих специа¬листов в различных странах сильно расходятся п отношении количеством