תחנת כוח גרעינית: מכשיר והשפעה על הסביבה

NPP: מן העבר להווה

תחנת כוח גרעינית היא מיזם שהוא שילוב של ציוד ומתקנים לייצור אנרגיה חשמלית. הספציפיות של התקנה זו טמונה בשיטת החום. הטמפרטורה הנדרשת לייצור חשמל עולה בתהליך של ריקבון האטומים.

תפקידו של דלק עבור תחנות כוח גרעיניות מבוצעת לרוב על ידי אורניום עם מספר המוני של 235 (235U). דווקא משום שמרכיב רדיואקטיבי זה מסוגל לתמוך בתגובת שרשרת גרעינית, הוא משמש בתחנות כוח גרעיניות ומשמש גם בנשק גרעיני.

מדינות עם המספר הגדול ביותר של תחנות כוח גרעיניות

תחנות הכוח הגרעיניות הגדולות בעולם

כיום פועלות 192 תחנות כוח גרעיניות הפועלות ב -31 מדינות בעולם, תוך שימוש ב -451 כורים גרעיניים בעלי קיבולת כוללת של 394 GW. הרוב המכריע של תחנות הכוח הגרעיניות ממוקמות באירופה, בצפון אמריקה, במזרח הרחוק ובאזור ברית המועצות לשעבר, בעוד שבאפריקה כמעט ואין בהן, ובאוסטרליה ובאוקיאניה אין כלל. כ -41 כורים נוספים לא ייצרו חשמל מ -1.5 ל -20 שנה ו -40 מהם נמצאים ביפן.

במהלך 10 השנים האחרונות, 47 יחידות כוח הוזמנו בעולם, כמעט כולן ממוקמות באסיה (26 בסין) או במזרח אירופה. שני שלישים של הכורים נמצאים כעת בבנייה בסין, הודו ורוסיה. סין מיישמת את התוכנית השאפתנית ביותר לבניית NPPs חדשים, על תריסר מדינות נוספות ברחבי העולם בונים NPPs או מפתחים פרויקטים לבנייתם.

בנוסף לארצות הברית, רשימת המדינות המתקדמות ביותר בתחום האנרגיה הגרעינית כוללת:

  • צרפת;
  • יפן;
  • רוסיה;
  • דרום קוריאה.

בשנת 2007 החלה רוסיה בבניית תחנת הכוח הגרעינית הראשונה בעולם, המאפשרת לה לפתור את בעיית המחסור באנרגיה באזורי החוף המרוחקים של המדינה.[12]. בנייה עיכובים בפני. על פי הערכות שונות, תחנת הכוח הגרעינית הראשונה תפעל בשנים 2018-2019.

מספר מדינות, כולל ארצות הברית, יפן, דרום קוריאה, רוסיה, ארגנטינה, מפתחים תחנות כוח גרעיניות בעלות קיבולת של כ - 10-20 מגאוואט למטרות חום ואספקת חשמל של תעשיות בודדות, מתחמי מגורים, ובעתיד - בתים בודדים. ההנחה היא כי כורים בגודל קטן (ראה, למשל, Hyperion NPP) ניתן ליצור בטכנולוגיות בטוח כי שוב ושוב להפחית את האפשרות של דליפה של חומר גרעיני[13]. הבנייה של אחד קטן בגודל CAREM25 הכור מתנהלת בארגנטינה. הניסיון הראשון של שימוש מיני תחנות כוח גרעיניות נרכשה על ידי ברית המועצות (Bilibino NPP).

עקרון הפעולה של תחנות כוח גרעיניות

עקרון הפעולה של תחנת הכוח הגרעינית מבוסס על פעולתו של כור גרעיני (המכונה לעתים אטומית) - תכנון כמותי מיוחד שבו פיצול האטומים מתרחש עם שחרורו של אנרגיה.

ישנם סוגים שונים של כורים גרעיניים:

  1. PHWR (הידוע גם בשם "הכור בלחץ מים כבדים") משמש בעיקר בקנדה בערים ההודיות. הוא מבוסס על מים, הנוסחה של אשר הוא D2O. זה מבצע את הפונקציה של שניהם נוזל קירור נויטרונים. היעילות מתקרבת ל -29%;
  2. VVER (מקורר מים). כיום, WWS מופעלים רק בחבר העמים, ובמיוחד במודל VVER-100. לכור יש יעילות של 33%;
  3. GCR, AGR (מים גרפיט). הנוזל הכלול בכור כזה פועל כמקורר. בתכנון זה, מנחה נויטרונים הוא גרפיט, ומכאן שמו. יעילות היא כ 40%.

על פי עקרון המכשיר, הכורים מחולקים גם הם:

  • PWR (כורי מים בלחץ) - מתוכנן כך מים בלחץ מסוים מאט את התגובה מספקת חום;
  • BWR (שתוכנן כך שאדים ומים נמצאים בחלקו המרכזי של המכשיר ללא מעגל מים);
  • RBMK (הכור ערוץ בעל קיבולת גדולה במיוחד);
  • BN (המערכת פועלת בשל חילופי מהיר של נויטרונים).

המבנה והמבנה של תחנת כוח גרעינית. כיצד פועל תחנת כוח גרעינית?

NPP התקן

תחנת כוח גרעינית טיפוסית מורכבת של בלוקים, בתוך כל אחד מהם ממוקמים מכשירים טכניים שונים. החשוב ביותר של יחידות אלה הוא מורכב עם כור הכור, הבטחת operability של NPP כולו. הוא כולל את המכשירים הבאים:

  • כור;
  • אגן (הוא מאוחסן בו דלק גרעיני);
  • מכונות העמסת דלק;
  • חדר הבקרה (לוח הבקרה בלוקים, בעזרת זה המפעילים יכולים לצפות בתהליך של ביקוע גרעיני).

בניין זה מלווה באולם. הוא מצויד גנרטורים קיטור הוא הטורבינה העיקרית. מיד אחריהם הם קבלים, כמו גם קווי תמסורת של חשמל כי להאריך מעבר לגבולות השטח.

בין היתר, קיימת יחידה עם בריכות עבור דלק משומש ויחידות מיוחדות המיועדות לקירור (הן נקראות מגדלי קירור). בנוסף, בריכות ספריי ומאגרי טבע משמשים לקירור.

עקרון הפעולה של תחנות כוח גרעיניות

בכל NPPs ללא יוצא מן הכלל, ישנם 3 שלבים של המרת אנרגיה חשמלית:

  • גרעיני עם המעבר לחום;
  • תרמי, הופך מכני;
  • מכני, מומרים לחשמל.

אורניום מוותר נויטרונים, וכתוצאה מכך לשחרור של חום בכמויות גדולות. מים חמים מן הכור נשאבים דרך משאבות דרך גנרטור קיטור, שם הוא נותן קצת חום, וחוזר הכור שוב. מכיוון שהמים נמצאים בלחץ גבוה, היא נשארת במצב נוזלי (בכורי VVER מודרניים כ 160 אטמוספרות בטמפרטורה של ~ 330 מעלות צלזיוס[7]). במחולל הקיטור, חום זה מועבר למים של המעגל המשני, הנמצא בלחץ נמוך בהרבה (חצי לחץ של המעגל הראשי ופחות), ולכן הוא רותח. הקיטור המתקבל נכנס לטורבינת הקיטור, אשר מסובבת את הגנרטור, ולאחר מכן לתוך המעבה, שם קיטור הוא מקורר, הוא מתעבה ושוב נכנס גנרטור קיטור. הקבלור מקורר במים ממקור חיצוני חיצוני של מים (לדוגמה, בריכת קירור).

המעגל הראשון והשני סגורים, דבר המקטין את הסיכוי לדליפת קרינה. ממדי המעגלים העיקריים הם ממוזער, אשר גם מקטין את הסיכונים לקרינה. טורבינת הקיטור והמעבה אינם מקיימים אינטראקציה עם המים של המעגל הראשי, מה שמאפשר תיקונים ומקטין את כמות הפסולת הרדיואקטיבית במהלך פירוק התחנה.

מנגנוני הגנה NPP

כל תחנות הכוח הגרעיניות מצוידות בהכרח במערכות אבטחה משולבות, למשל:

  • לוקליזציה - להגביל את התפשטות החומרים המזיקים במקרה של תאונה שתביא לשחרור של קרינה;
  • מספק - משמש כמות מסוימת של אנרגיה לפעילות יציבה של המערכות;
  • מנהלים - משמשים כדי להבטיח שכל מערכות המגן יפעלו כרגיל.

בנוסף, הכור עלול לקרוס במקרה חירום. במקרה זה, הגנה אוטומטית יפריע לתגובות שרשרת אם הטמפרטורה בכור תמשיך לעלות. צעד זה יהיה לאחר מכן דורשים עבודה רצינית שיקום להביא את הכור בחזרה לפעולה.

לאחר התאונה המסוכנת התרחשה ב NernP Chernobyl, הגורם אשר התברר להיות עיצוב הכור מושלם, הם החלו לשים לב יותר אמצעי הגנה, וכן ביצעו עבודות עיצוב כדי להבטיח אמינות גבוהה יותר של הכורים.

אסון המאה ה XXI ותוצאותיה

פוקושימה -1

בחודש מרץ 2011, בצפון מזרח יפן נפגע רעידת אדמה שגרמה צונאמי, אשר בסופו של דבר ניזוק 4 מתוך 6 כורים של תחנת הכוח הגרעינית פוקושימה -1.

פחות משנתיים לאחר הטרגדיה, מספר ההרוגים הרשמי בהתרסקות עלה על 1,500, ו -20 אלף עדיין נותרו ללא מענה, ועוד 300,000 תושבים נאלצו לעזוב את בתיהם.

היו קורבנות שלא יכלו לעזוב את המקום בגלל הקרינה הענקית. הפינוי המידי שלהם אורגן עבורם, שנמשך יומיים.

אף על פי כן, בכל שנה מתחדדים השיטות למניעת תאונות בתחנות כוח גרעיניות וניטרול מצבי החירום - המדע מתקדם בהתמדה. עם זאת, העתיד יהפוך בבירור לשיא של דרכים חלופיות לייצור חשמל - בפרט, זה הגיוני לצפות את הופעתם של תאים סולריים בקנה מידה גדול בגודל של 10 השנים הבאות, אשר די בר השגה בתנאים חסרי משקל, כמו גם טכנולוגיות אחרות, כולל טכנולוגיות אנרגיה מהפכנית.

צפה בסרטון: The dawn of the age of holograms. Alex Kipman (אַפּרִיל 2020).