Современные потребности человечества в энергии растут гигантскими темпами. Возрастает ее расход на освещение городов, на промышленные и прочие нужды народного хозяйства. Соответственно, в атмосферу выбрасывается все больше и больше копоти от сжигаемого угля и мазута, усиливается парниковый эффект. Кроме того, все больше разговоров в последние годы о вводе в эксплуатацию электрических транспортных средств, которые также внесут свою лепту в повышение потребления электричества.
Несмотря на случившееся в Чернобыле, даже памятуя о недавних незадачах японцев, ученые всего мира признают, что мирный атом – единственное решение приближающегося энергетического кризиса на сегодняшний день. Широко разрекламированные альтернативные источники энергии не дают даже сотой доли того объема электричества, который требуется миру каждый день.
Кроме того, даже взрыв атомной станции в Чернобыле не нанес окружающей среде и сотой доли того урона, который отмечается даже при одной катастрофе на нефтедобывающей платформе. Инцидент с ВР – яркое тому подтверждение.
Принцип действия ядерного реактора
Источником тепла являются тепловыделяющие элементы - ТВЭЛ. По сути, это трубки из циркониевого сплава, который слабо подвержен дегенерации даже в зоне активного деления атомов. Внутрь помещаются таблетки двуокиси урана или крупка из сплава урана и молибдена. Внутри реактора эта трубки компонуют в сборки, каждая из которых содержит по 18 ТВЭЛ.
Всего сборок может быть почти две тысячи, причем размещаются они в каналах внутри графитовой кладки. Выделяющееся тепло собирается посредством теплоносителя, причем в современных АЭС два циркуляционных контура. Во втором из них вода никак не взаимодействует с активной зоной реактора, что значительно повышает безопасность конструкции в целом. Сам реактор располагает в шахте, а для графитной кладки создается специальная капсула из того же циркониевого сплава (30 мм толщиной).
Вся конструкция опирается на чрезвычайно массивное основание из высокопрочного бетона, под которым располагается бассейн. Он служит для охлаждения ядерного топлива в случае аварии.
История создания
Во второй половине 40-х годов в СССР были приложены все силы для создания проектов, предполагавших мирное использование атомной энергии. Знаменитый академик Курчатов, выступая на очередном заседании ЦК КПСС, выдвинул предложение об использовании атомной энергии в деле выработки электроэнергии, в которой страна, восстанавливаемая после страшной войны, остро нуждалась.
В 1950 году началось строительство атомной станции (первой в мире, кстати), которую заложили в поселке Обнинское, что в Калужской области. Через четыре года эта станция, имевшая мощность в 5 МВт, была успешно запущена. Уникальность события еще и в том, что наша страна стала первым в мире государством, которое сумело эффективно использовать атом исключительно в мирных целях.
Продолжение работы
Уже в 1958 году были начаты работы по проектированию Сибирской АЭС. Проектная мощность увеличилась сразу в 20 раз, составив уже 100 МВт. Но уникальность ситуации даже не в этом. Когда станцию сдавали, ее отдача составила 600 МВт. Ученые всего за пару лет сумели натолько улучшить проект, а совсем недавно такая результативность казалась совершено невозможной.
Впрочем, атомные станции на просторах Союза тогда росли не хуже грибов. Так, уже через пару лет после Сибирской была запущена Белоярская АЭС. Вскоре была построена станция в Воронеже. В 1976 году была введена в эксплуатацию Курская атомная станция, реакторы которой в 2004 году были серьезно модернизированы.
Как дела обстояли за рубежом
Не следует считать, что подобные разработки велись исключительно в нашей стране. Англичане прекрасно понимали, насколько важными могут быть атомные станции, а потому активно работали в этом направлении. Так, уже в 1952 году они запустили собственный проект по разработке и созданию АЭС. Через четыре года городок Колдер-Холл стал первым английским атомным городом с собственной электростанцией на 46 МВт. В 1955 году торжественно ввели в эксплуатацию АЭС в американском городе Шиппингпорте. Ее мощность была равной 60 МВт. С тех пор атомные электрические станции начали свое триумфальное шествие по миру.
Угрозы мирного атома
Первая эйфория от укрощения атома уже вскоре сменилась тревогой и страхом. Разумеется, самой серьезной катастрофой стала ЧАЭС, но был комбинат «Маяк», аварии с атомными реакторами в АПЛ, а также прочие инциденты, о многих из которых мы наверняка никогда не узнаем. Последствия этих аварий заставили людей задуматься о повышении уровня культуры использования атомной энергии. Кроме того, человечество еще раз осознало, что не в силах противостоять стихийным силам природы.
Многие светила мировой науки долго обсуждали, как же сделать атомные станции безопаснее. В Москве 1989 года была собрана всемирная ассамблея, по результатам совещания которой были сделаны выводы о необходимости кардинально ужесточить контроль над атомной энергетикой.
Сегодня мировые сообщества пристально следят, как соблюдаются все эти соглашения. Впрочем, никакие наблюдения и контроль не могут спасти от природных катаклизмов или банальной глупости. Это еще раз подтвердила авария на "Фукусима-1", в результате которой уже сотни миллионов тонн радиоактивной воды вылились в Тихий Океан. Вообще, Япония, атомная станция в которой – единственное средство обеспечения гигантских потребностей промышленности и населения электричеством, от программы строительства АЭС так и не отказалась.
Классификация
Все АЭС могут классифицироваться по типу вырабатываемой энергии, а также по модели своего реактора. Учитывается также степень безопасности, тип конструкции, а также прочие важные параметры.
Вот так они подразделяются по типу вырабатываемой энергии:
- Атомные электростанции. Единственной энергией, которая на них вырабатывается, является электричество.
- Атомные теплоэлектростанции. Помимо электричества, эти сооружения вырабатывают также тепло, что делает их особенно ценными для размещения в северных городах. Там эксплуатация АЭС позволяет резко снизить зависимость региона от поставок топлива из других регионов.
Используемое топливо и прочие характеристики
Наиболее распространенными являются атомные реакторы, в качестве топлива для которых используется обогащенный уран. Теплоноситель – легкая вода. Называются подобные реакторы легководными, причем их различают две разновидности. В первом случае тот пар, который служит для вращения турбин, образуется в активной зоне реактора.
Для образования пара во втором случае служит система теплоотводов, благодаря которой вода в активную зону не поступает. Кстати говоря, разрабатывать эту систему начали уже в 50-х годах прошлого века, причем основой для нее послужили американские военные разработки. Примерно в то же время в СССР был разработан реактор первого типа, но с замедляющей системой, в роли которой использовались графитовые стержни.
Именно так появился газоохлаждаемый реактор, который используют многие атомные станции России. Быстрое ускорение строительства станций именно этой модели было связано с тем, что в качестве побочного продукта реакторы выдавали оружейный плутоний. Кроме того, в качестве топлива для такой разновидности подходит даже обычный природный уран, залежи которого в нашей стране весьма велики.
Другим типом реакторов, которые имеют достаточно широкое распространение в мире, является модель на тяжелой воде и с природным ураном в качестве топлива. Сперва такие модели создавались почти всеми странами, которые имели доступ к ядерным реакторам, но сегодня в число их эксплуататоров входит одна только Канада, в недрах которой имеются богатейшие залежи природного урана.
Как совершенствовались реакторы?
Сперва для изготовления оболочек ТВЭЛов и циркуляционных каналов использовалась обычная сталь. В тот момент еще не было известно о циркониевых сплавах, которые для подобных целей подходят намного лучше. Охлаждался реактор водой, подаваемой под давлением в 10 атмосфер.
ТВЭЛы
В этом случае ученые решили использовать вариант с односторонним трубчатым охлаждением. Такая конструкция резко уменьшает шансы на попадание продуктов деления в теплообменный контур даже в случае повреждения тепловыделяющего элемента. Само же ядерное топливо представляет собой сплав урана и молибдена. Такое решение позволило создать сравнительно недорогое и надежное оборудование, которое может стабильно функционировать даже в условиях значительно повышенной температуры.
Чернобыль
Как ни странно, но печально знаменитый Чернобыль, атомная станция которого стала символом техногенных катастроф прошлого века, являлся настоящим торжеством науки. На тот момент в ее строительстве и проектировании использовались самые передовые технологии. Мощность одного только реактора достигала 3200 МВт. Топливо тоже было новым: на ЧАЭС впервые применили обогащенную двуокись природного урана. Одна тонна такого топлива содержит всего 20 килограммов урана-235. Всего же в реактор заправлялось по 180 тонн двуокиси урана. До сих пор точно не известно, кто и с какой целью решил провести на станции эксперимент, который противоречил всем мыслимым правилам техники безопасности.
Атомные станции в России
Если бы не катастрофа на ЧАЭС, в нашей стране (скорее всего) до сих пор бы продолжалась программа по максимально широкому и повсеместному строительству атомных станций. Во всяком случае именно такой подход был запланирован в СССР.
В середине 2000-х годов правительство все же осознало необходимость развития атомной программы, так как без этого попросту невозможно обеспечить многие районы нашей страны энергией в необходимом количестве.
Сколько же АЭС на сегодняшний день имеется у нас в стране? Всего десять. Да, это все атомные станции России. Но даже это их количество вырабатывает более 16% энергии, которая потребляется нашими гражданами. Мощность всех 33 энергоблоков, которые работают в составе этих АЭС, равна 25,2 ГВт. Практически 37% потребностей наших северных регионов в электричестве покрывают именно атомные станции.
Одной из самых известных является Ленинградская атомная станция, построенная еще в 1973 году. В настоящее время продолжается интенсивное строительство второй очереди, что позволит увеличить выдаваемую мощность (4 тысячи МВт) минимум в два раза.
Украинские АЭС
Советский Союз очень много сделал в том числе и для развития энергетики в союзных республиках. Так, Литва в свое время получила не только прекрасную инфраструктуру и массу промышленных предприятий, но также Игналинскую АЭС, которая до 2005 года была настоящей «Курочкой Рябой», обеспечивающей едва ли не всю Прибалтику дешевой (и своей!) энергией.
Но главный подарок сделали Украине, которая получила сразу четыре электростанции. Запорожская АЭС вообще является самой мощной в Европе, выдавая сразу 6 ГВт энергии. Вообще, атомные станции Украины дают ей возможность самостоятельно обеспечивать себя электричеством, чем уже не могут похвастаться в той же Литве.
Сейчас работают все те же самые четыре станции: Запорожская, Ровенская, Южно-Украинская и Хмельницкая. Вопреки общепринятому мнению, третий блок ЧАЭС продолжал работать вплоть до 2000 года, исправно снабжая регион электричеством. На данный момент 46% всего украинского электричества производят именно атомные станции Украины.
Странные политические амбиции власти в стране привели к тому, что в 2011 году было принято решение о замещении российских ТВЭЛов американскими. Эксперимент полностью провалился, а украинской промышленности был нанесен ущерб почти в 200 миллионов долларов.
Перспективы
