โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) แผนผังของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โครงร่างเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP)
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์- เหล่านี้เป็นสถานีความร้อนที่ใช้พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์. ในฐานะที่เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มักใช้ไอโซโทปยูเรเนียม U-235 ซึ่งมีเนื้อหาในยูเรเนียมธรรมชาติ 0.714% มวลหลักของยูเรเนียม - ไอโซโทป U-238 (99.28% ของมวลทั้งหมด) เมื่อจับนิวตรอนกลายเป็นเชื้อเพลิงทุติยภูมิ - พลูโทเนียม Pu-239 นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทอเรียมได้ ซึ่งเมื่อถูกจับโดยนิวตรอน จะกลายเป็นไอโซโทปยูเรเนียมที่แตกตัวได้ U-233 ปฏิกิริยาฟิชชันเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มักใช้ในรูปของแข็ง มันถูกปิดล้อมในเปลือกป้องกัน องค์ประกอบเชื้อเพลิงดังกล่าวเรียกว่าแท่งเชื้อเพลิง มีการติดตั้งในช่องการทำงานของแกนเครื่องปฏิกรณ์ พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาฟิชชัน จะถูกลบออกจากแกนเครื่องปฏิกรณ์ด้วยความช่วยเหลือของสารหล่อเย็น ซึ่งถูกสูบภายใต้แรงดันผ่านแต่ละช่องทางการทำงานหรือผ่านแกนทั้งหมด สารหล่อเย็นที่พบมากที่สุดคือน้ำ ซึ่งต้องผ่านการทำความสะอาดอย่างละเอียดในตัวกรองอนินทรีย์
แผนผังของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำแสดงในรูปที่ ความร้อนที่ปล่อยออกมาในแกนเครื่องปฏิกรณ์ 1 ถูกนำออกจากน้ำ (น้ำหล่อเย็น) ของวงจรที่ 1 ซึ่งถูกปั๊มผ่านเครื่องปฏิกรณ์โดยปั๊มหมุนเวียน 2 น้ำอุ่นจากเครื่องปฏิกรณ์เข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (เครื่องกำเนิดไอน้ำ) 3 โดยที่ มันถ่ายเทความร้อนที่ได้รับในเครื่องปฏิกรณ์ไปยังน้ำ 2- รูปร่าง น้ำของวงจรที่ 2 ระเหยในเครื่องกำเนิดไอน้ำและไอน้ำที่ได้จะเข้าสู่กังหัน 4
ข้าว. แผนผังของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำ
การแยกตัวของไอโซโทปยูเรเนียมหรือพลูโทเนียม 1 กรัมจะปล่อย 22,500 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงานที่มีอยู่ในเชื้อเพลิงอ้างอิง 2,800 กิโลกรัม เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าแหล่งพลังงานของโลกสำหรับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (ยูเรเนียม พลูโทเนียม ฯลฯ) เกินกว่าแหล่งพลังงานของเชื้อเพลิงสำรองตามธรรมชาติ (น้ำมัน ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ ฯลฯ) อย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้เปิดโอกาสในวงกว้างเพื่อตอบสนองความต้องการเชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ จำเป็นต้องคำนึงถึงปริมาณการใช้ถ่านหินและน้ำมันที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีของเศรษฐกิจโลก อุตสาหกรรมเคมีซึ่งกำลังกลายเป็นคู่แข่งสำคัญของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน แม้จะมีการค้นพบแหล่งเชื้อเพลิงอินทรีย์ใหม่และการปรับปรุงวิธีการผลิต แต่ก็มีแนวโน้มในโลกที่จะพิจารณาถึงต้นทุนที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้สร้างเงื่อนไขที่ยากที่สุดสำหรับประเทศที่มี สินค้ามีจำนวนจำกัดเชื้อเพลิงอินทรีย์ ความต้องการที่ชัดเจน การพัฒนาอย่างรวดเร็ว พลังงานนิวเคลียร์ซึ่งครองตำแหน่งที่โดดเด่นในสมดุลพลังงานของประเทศอุตสาหกรรมหลายแห่งของโลกแล้ว
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกสำหรับอุตสาหกรรมนำร่องที่มีกำลังการผลิต 5 เมกะวัตต์ เปิดตัวในสหภาพโซเวียตเมื่อวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2497 ในเมืองออบนินสค์ ก่อนหน้านี้ พลังงานของนิวเคลียสของอะตอมถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหารเป็นหลัก การเปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกเป็นการเปิดทิศทางใหม่ในด้านพลังงาน ซึ่งได้รับการยอมรับในการประชุมทางวิทยาศาสตร์และเทคนิคระหว่างประเทศว่าด้วยการใช้พลังงานปรมาณูอย่างสันติ (สิงหาคม 1955 ที่เจนีวา)
เครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีน้ำหล่อเย็นสามารถทำงานได้ในโหมดน้ำหรือไอน้ำ ในกรณีที่สอง ไอน้ำจะได้รับโดยตรงในแกนเครื่องปฏิกรณ์
ในระหว่างการแตกตัวของยูเรเนียมหรือนิวเคลียสพลูโทเนียมจะเกิดนิวตรอนเร็วซึ่งมีพลังงานสูง ในยูเรเนียมธรรมชาติหรือเสริมสมรรถนะอย่างอ่อนซึ่งมีเนื้อหาของ U-235 ต่ำ ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวตรอนอย่างรวดเร็วจะไม่พัฒนา ดังนั้นนิวตรอนเร็วจะถูกทำให้ช้าลงเป็นนิวตรอนความร้อน (ช้า) ในฐานะผู้ดูแลโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ สารที่ใช้ประกอบด้วยธาตุที่มีมวลอะตอมต่ำซึ่งมีความสามารถในการดูดซับต่ำเมื่อเทียบกับนิวตรอน ผู้กลั่นกรองหลักคือน้ำน้ำหนักกราไฟท์
ปัจจุบันเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนมีความชำนาญมากที่สุด เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวมีโครงสร้างที่ง่ายกว่าและควบคุมได้ง่ายกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบนิวตรอนเร็ว อย่างไรก็ตาม ทิศทางที่มีแนวโน้มดีคือการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วพร้อมการขยายพันธุ์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - พลูโทเนียม ด้วยวิธีนี้ U-238 ส่วนใหญ่จึงสามารถใช้ได้
ในขั้นต่อไปของการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ มีการวางแผนที่จะพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ซึ่งใช้พลังงานจากปฏิกิริยาฟิวชันของนิวเคลียสแสงของดิวเทอเรียมและทริเทียม
ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในรัสเซียใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทหลักดังต่อไปนี้:
- น้ำ - น้ำที่มีน้ำธรรมดาเป็นตัวหน่วงและสารหล่อเย็น
- กราไฟท์-น้ำพร้อมน้ำหล่อเย็นและโมเดอเรเตอร์กราไฟท์
- หนักน้ำหล่อเย็นและน้ำหนักเป็นผู้ดูแล;
- กราไฟท์-แก๊สพร้อมสารหล่อเย็นแก๊สและตัวกลั่นกราไฟท์
การเลือกประเภทเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้เป็นส่วนใหญ่นั้นพิจารณาจากประสบการณ์ที่สั่งสมมาในการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์เป็นหลัก ตลอดจนความพร้อมของอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่จำเป็น วัตถุดิบ ฯลฯ ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของสหรัฐฯ เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำที่มีแรงดันใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เครื่องปฏิกรณ์แก๊สแกรไฟต์ใช้ในอังกฤษ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในแคนาดาถูกครอบงำโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์น้ำหนัก
ขึ้นอยู่กับชนิดและสถานะของการรวมตัวของสารหล่อเย็น หนึ่งหรือวงจรอุณหพลศาสตร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะถูกสร้างขึ้น ทางเลือกของขีดจำกัดอุณหภูมิสูงสุดของวัฏจักรอุณหพลศาสตร์นั้นพิจารณาจากอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตของการหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิง (TVEL) ที่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ อุณหภูมิที่อนุญาตของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เอง และโดยคุณสมบัติของตัวพาเดือยที่นำมาใช้สำหรับสิ่งนี้ ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์
ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ความร้อนซึ่งถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำ มักจะใช้วัฏจักรไอน้ำที่อุณหภูมิต่ำ เครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยแก๊สช่วยให้สามารถใช้รอบไอน้ำที่ค่อนข้างประหยัดกว่าด้วยแรงดันและอุณหภูมิเริ่มต้นที่เพิ่มขึ้น รูปแบบการระบายความร้อนของ NPP ในสองกรณีนี้ดำเนินการแบบ 2 วงจร: น้ำหล่อเย็นหมุนเวียนในวงจรที่ 1 วงจรที่ 2 คือไอน้ำ ในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีน้ำเดือดหรือสารหล่อเย็นก๊าซที่อุณหภูมิสูง สามารถใช้ NPP ความร้อนแบบวงเดียวได้ ในเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด น้ำจะเดือดที่แกน ส่วนผสมของไอน้ำและน้ำที่เป็นผลลัพธ์จะถูกแยกออก และไอน้ำอิ่มตัวจะถูกส่งไปยังกังหันโดยตรงหรือส่งกลับไปยังแกนกลางก่อนหน้านี้เพื่อให้ความร้อนสูงเกินไป ในเครื่องปฏิกรณ์ก๊าซกราไฟท์ที่อุณหภูมิสูง สามารถใช้วงจรกังหันก๊าซได้ เครื่องปฏิกรณ์ในกรณีนี้ทำหน้าที่เป็นห้องเผาไหม้
ในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ ความเข้มข้นของไอโซโทปฟิชไซล์ในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะค่อยๆ ลดลง กล่าวคือ องค์ประกอบของเชื้อเพลิงเผาไหม้ออก ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปพวกมันจะถูกแทนที่ด้วยของใหม่ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ถูกบรรจุใหม่โดยใช้กลไกและอุปกรณ์ที่ควบคุมจากระยะไกล แท่งเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วจะถูกโอนไปยังแหล่งเชื้อเพลิงใช้แล้วและส่งไปแปรรูป
เครื่องปฏิกรณ์และระบบการบริการประกอบด้วย: เครื่องปฏิกรณ์เองที่มีการป้องกันทางชีวภาพ, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, ปั๊มหรือชุดเป่าลมที่หมุนเวียนสารหล่อเย็น; ท่อและข้อต่อของวงจรหมุนเวียน อุปกรณ์สำหรับบรรจุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ระบบพิเศษ การระบายอากาศ การระบายความร้อนฉุกเฉิน ฯลฯ
ขึ้นอยู่กับ ออกแบบเครื่องปฏิกรณ์มีลักษณะเฉพาะ: ในเครื่องปฏิกรณ์ในถังปฏิกรณ์ แท่งเชื้อเพลิงและผู้ควบคุมจะอยู่ภายในถังซึ่งมีแรงดันน้ำหล่อเย็นเต็มที่ ในเครื่องปฏิกรณ์แบบช่องสัญญาณ องค์ประกอบเชื้อเพลิงที่ระบายความร้อนด้วยสารหล่อเย็นจะถูกติดตั้งในท่อพิเศษ - ช่องสัญญาณเจาะทะลุตัวหน่วงที่ปิดล้อมในปลอกผนังบาง เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวใช้ในสหภาพโซเวียต (ไซบีเรีย, โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Beloyarsk ฯลฯ )
ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุในระบบทำความเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปและการรั่วไหลของเปลือกหุ้มแท่งเชื้อเพลิง จะมีการระงับปฏิกิริยานิวเคลียร์อย่างรวดเร็ว (ภายในไม่กี่วินาที) ระบบทำความเย็นฉุกเฉินมีแหล่งพลังงานอิสระ
อุปกรณ์ของห้องเครื่อง NPP จะเหมือนกับอุปกรณ์ของห้องเครื่อง TPP คุณสมบัติที่โดดเด่นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ - การใช้ไอน้ำของพารามิเตอร์ที่ค่อนข้างต่ำอิ่มตัวหรือร้อนจัดเล็กน้อย
ในเวลาเดียวกัน เพื่อแยกความเสียหายจากการกัดเซาะของใบพัดในขั้นตอนสุดท้ายของกังหันด้วยอนุภาคของความชื้นที่มีอยู่ในไอน้ำ ตัวแยกจะถูกติดตั้งในกังหัน บางครั้งจำเป็นต้องใช้ตัวแยกระยะไกลและเครื่องทำความร้อนด้วยไอน้ำ เนื่องจากสารหล่อเย็นและสารเจือปนที่บรรจุอยู่ภายในนั้นถูกกระตุ้นเมื่อผ่านแกนเครื่องปฏิกรณ์ การออกแบบอุปกรณ์โถงกังหันและระบบทำความเย็นของคอนเดนเซอร์กังหันของ NPP แบบวงเดียวจะต้องแยกความเป็นไปได้ของการรั่วไหลของน้ำหล่อเย็นออกอย่างสมบูรณ์ . ที่ NPP แบบสองวงจรที่มีพารามิเตอร์ไอน้ำสูง ข้อกำหนดดังกล่าวไม่ได้กำหนดไว้ในอุปกรณ์ของโถงกังหัน
ความคุ้มค่าของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถูกกำหนดโดยตัวชี้วัดทางเทคนิคหลัก: หน่วยพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์, ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ, ความเข้มพลังงานของแกน, ความลึกของการเผาไหม้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์, ปัจจัยการใช้ประโยชน์ของกำลังการผลิตติดตั้งของ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประจำปี ด้วยการเพิ่มขึ้นของพลังงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การลงทุนเฉพาะในนั้น (ต้นทุนของกิโลวัตต์ที่ติดตั้ง) จะลดลงอย่างรวดเร็วกว่ากรณีของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน ในนั้น เหตุผลหลักความปรารถนาที่จะสร้าง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ด้วยความจุของบล็อกขนาดใหญ่ สำหรับการประหยัดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นเรื่องปกติที่ส่วนแบ่งของส่วนประกอบเชื้อเพลิงในต้นทุนการผลิตไฟฟ้าคือ 30-40% (ที่ TPPs 60-70%)
เนื่องจากอุบัติเหตุที่เชอร์โนบิลในปี 2529 โครงการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์จึงถูกตัดออกไป หลังจากการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ 80 อัตราการเติบโตก็ชะลอตัวลง และในปี 2535-2536 การลดลงเริ่มต้นขึ้น ด้วยการทำงานที่เหมาะสม โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุด การดำเนินการของพวกเขาไม่นำไปสู่การเกิดผลกระทบ "เรือนกระจก" การปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศภายใต้สภาวะการทำงานที่ปราศจากปัญหาและไม่ดูดซับออกซิเจน
ข้อเสียของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ได้แก่ ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการกำจัดกากนิวเคลียร์ ผลที่ตามมาของภัยพิบัติและมลพิษทางความร้อนของอ่างเก็บน้ำที่ใช้ ในประเทศของเรา โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ทรงพลังตั้งอยู่: ในภูมิภาค Black Earth ภาคกลางและตอนกลาง, ทางตอนเหนือ, ทางตะวันตกเฉียงเหนือ, ในเทือกเขาอูราล, ภูมิภาคโวลก้า และในคอเคซัสเหนือ การพัฒนาใหม่ในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์คือการก่อตั้ง APEC และ AST ที่ CHP เช่นเดียวกับ CHP ทั่วไป ความร้อนและไฟฟ้าถูกผลิตขึ้น และที่ AST - ความร้อนเท่านั้น ATES ดำเนินการในหมู่บ้าน Bilibino ใน Chukotka AST กำลังถูกสร้างขึ้น
กำลังการผลิตหน่วยของหน่วยพลังงานนิวเคลียร์ถึง 1,500 MW ในปัจจุบัน เป็นที่เชื่อกันว่ากำลังการผลิตต่อหน่วยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นไม่ได้จำกัดโดยการพิจารณาทางเทคนิคมากนัก เช่นเดียวกับสภาวะด้านความปลอดภัยในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุกับเครื่องปฏิกรณ์
ตามข้อกำหนดทางเทคโนโลยี NPP ที่ทำงานอยู่ในปัจจุบันส่วนใหญ่ทำงานในส่วนพื้นฐานของกำหนดการโหลดของระบบไฟฟ้า โดยมีระยะเวลาการใช้งานกำลังการผลิตติดตั้งอยู่ที่ 6500-7000 ชั่วโมง/ปี
รูปแบบทางเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ ประเภทของสารหล่อเย็นและสารกลั่นกรอง และปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ วงจรสามารถเป็นวงจรเดียว (รูปที่ a) สองวงจร (รูปที่ b) และสามวงจร (รูปที่ c)
โครงการเทคโนโลยีวงเดียวของ NPP
วงจรเดียวโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดและโมเดอเรเตอร์กราไฟท์ประเภท RBMK-1000 ที่ Leningrad NPP เครื่องปฏิกรณ์ทำงานในหน่วยที่มีกังหันควบแน่น K-500-65/3000 สองตัวและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 500 MW สองเครื่อง เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดเป็นเครื่องกำเนิดไอน้ำและดังนั้นจึงกำหนดความเป็นไปได้ของการใช้แบบวงเดียว พารามิเตอร์เริ่มต้นของไอน้ำอิ่มตัวที่ด้านหน้ากังหัน: อุณหภูมิ 284°C แรงดันไอน้ำ 7.0 MPa รูปแบบวงเดียวค่อนข้างง่าย แต่กัมมันตภาพรังสีแพร่กระจายไปยังองค์ประกอบทั้งหมดของบล็อก ซึ่งทำให้การป้องกันทางชีวภาพซับซ้อน
โครงการเทคโนโลยีสองวงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
วงจรคู่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันประเภท VVER น้ำอัดแรงดันจะถูกส่งไปยังแกนเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ 568-598°C ที่ความดัน 12.25-15.7 MPa พลังงานของสารหล่อเย็นใช้ในเครื่องกำเนิดไอน้ำเพื่อสร้างไอน้ำอิ่มตัว วงจรที่สองไม่มีกัมมันตภาพรังสี หน่วยนี้ประกอบด้วยเทอร์ไบน์ควบแน่น 1,000 เมกะวัตต์ 1 ตัว หรือเทอร์ไบน์ 500 เมกะวัตต์ 2 ตัวพร้อมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง
โครงการเทคโนโลยีสามวงของ NPP
โครงการสามวงใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วพร้อมสารหล่อเย็นโซเดียมชนิด BN-600 เพื่อแยกการสัมผัสกับโซเดียมกัมมันตภาพรังสีกับน้ำ วงจรที่สองถูกสร้างขึ้นด้วยโซเดียมที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสี ดังนั้นวงจรจึงกลายเป็นสามวงจร เครื่องปฏิกรณ์ BN-600 ทำงานในหน่วยที่มีกังหันควบแน่น K-200-130 สามตัวที่มีแรงดันไอน้ำเริ่มต้นที่ 13 MPa และอุณหภูมิ 5000°C
ระหว่างการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ไม่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล (ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซ) ออกไซด์ของกำมะถัน ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์; ซึ่งจะช่วยลด "ผลกระทบของเรือนกระจก" ที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก
ในหลายประเทศ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าครึ่งหนึ่งแล้ว (ในฝรั่งเศส - ประมาณ 75%, ในเบลเยียม - ประมาณ 65%, ในรัสเซีย - เพียง 12%)
บทเรียนจากอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล (เมษายน 2529) จำเป็นต้องมีความปลอดภัยในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพิ่มขึ้นอย่างมาก (หลายครั้ง) และบังคับให้พวกเขาละทิ้งการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นและมีคลื่นไหวสะเทือน อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงสถานการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมแล้ว พลังงานนิวเคลียร์ก็ควรได้รับการพิจารณาให้เป็นพลังงานที่มีแนวโน้มดี
เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานและการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ คุณต้องพูดนอกเรื่องสั้น ๆ ในอดีต เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นตัวเป็นตนที่มีอายุหลายศตวรรษแม้ว่าจะยังไม่สมบูรณ์ ความฝันของมนุษยชาติเกี่ยวกับแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุด “บรรพบุรุษ” โบราณของมันคือไฟที่เกิดจากกิ่งไม้แห้ง ซึ่งครั้งหนึ่งเคยส่องสว่างและทำให้ห้องใต้ดินของถ้ำอบอุ่นขึ้น ที่ซึ่งบรรพบุรุษที่อยู่ห่างไกลของเราพบความรอดจากความหนาวเย็น ต่อมาผู้คนเข้าใจไฮโดรคาร์บอน - ถ่านหิน หินดินดาน น้ำมันและก๊าซธรรมชาติ
ยุคไอน้ำที่ปั่นป่วนแต่มีอายุสั้นได้เริ่มต้นขึ้น ซึ่งถูกแทนที่ด้วยยุคไฟฟ้าที่น่าอัศจรรย์ยิ่งกว่าเดิม เมืองต่าง ๆ เต็มไปด้วยแสงและการประชุมเชิงปฏิบัติการด้วยเสียงของเครื่องจักรที่ไม่รู้จักมาก่อนซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า ดูเหมือนว่าความคืบหน้าจะถึงจุดสุดยอดแล้ว
ทุกอย่างเปลี่ยนไปใน ปลายXIXศตวรรษ เมื่อนักเคมีชาวฝรั่งเศส Antoine Henri Becquerel บังเอิญค้นพบว่าเกลือยูเรเนียมมีกัมมันตภาพรังสี หลังจากผ่านไป 2 ปี ปิแอร์ กูรี ซึ่งเป็นเพื่อนร่วมชาติและมาเรีย สโคลโดว์สกา-คูรี ภรรยาของเขาได้รับเรเดียมและพอโลเนียมจากพวกเขา และระดับกัมมันตภาพรังสีของพวกมันก็สูงกว่าทอเรียมและยูเรเนียมหลายล้านเท่า
เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดหยิบกระบองขึ้นมา ซึ่งศึกษารายละเอียดธรรมชาติของรังสีกัมมันตภาพรังสี ดังนั้นอายุของอะตอมจึงเริ่มต้นขึ้นซึ่งให้กำเนิดลูกอันเป็นที่รัก - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรก
"ลูกคนหัวปี" มาจากสหรัฐอเมริกา ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 เครื่องปฏิกรณ์ได้ให้กระแสไฟแรกซึ่งมีชื่อผู้สร้างซึ่งเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งศตวรรษ E. Fermi สามปีต่อมา โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ZEEP กลับมามีชีวิตอีกครั้งในแคนาดา "Bronze" ไปที่เครื่องปฏิกรณ์ F-1 เครื่องปฏิกรณ์โซเวียตเครื่องแรกซึ่งเปิดตัวเมื่อปลายปี พ.ศ. 2489 I. V. Kurchatov กลายเป็นหัวหน้าโครงการนิวเคลียร์ในประเทศ ปัจจุบันมีหน่วยพลังงานนิวเคลียร์มากกว่า 400 หน่วยที่ปฏิบัติการได้สำเร็จในโลก
ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
วัตถุประสงค์หลักของพวกเขาคือเพื่อสนับสนุนปฏิกิริยานิวเคลียร์ควบคุมที่ผลิตไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์บางเครื่องผลิตไอโซโทป กล่าวโดยสรุป พวกมันเป็นอุปกรณ์ในระดับความลึกที่สารบางชนิดจะถูกแปลงเป็นสารอื่นๆ ด้วยการปล่อยพลังงานความร้อนจำนวนมาก นี่คือ "เตาเผา" ชนิดหนึ่งซึ่งแทนที่จะ "เผา" ไอโซโทปของยูเรเนียม - U-235, U-238 และพลูโทเนียม (Pu) แทนที่จะเป็นเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม
เชื้อเพลิงกัมมันตภาพรังสีแต่ละประเภทต่างจากรถยนต์ที่ออกแบบมาสำหรับน้ำมันเบนซินหลายประเภท ซึ่งต่างจากเชื้อเพลิงกัมมันตภาพรังสีแต่ละประเภทซึ่งมีเครื่องปฏิกรณ์เป็นของตัวเอง มีสองแบบ - แบบนิวตรอนแบบช้า (พร้อม U-235) และแบบเร็ว (พร้อม U-238 และ Pu) โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนแบบช้า นอกจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แล้ว การติดตั้ง "ทำงาน" ในศูนย์วิจัย บนเรือดำน้ำนิวเคลียร์และ
เครื่องปฏิกรณ์เป็นอย่างไร
เครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดมีรูปแบบเดียวกันโดยประมาณ "หัวใจ" ของมันคือโซนแอคทีฟ เปรียบได้กับเตาเผาของเตาธรรมดาทั่วไป แทนที่จะเป็นฟืนเท่านั้นที่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในรูปแบบขององค์ประกอบเชื้อเพลิงที่มีผู้กลั่นกรอง - TVEL โซนแอคทีฟนั้นอยู่ภายในแคปซูลชนิดหนึ่ง - ตัวสะท้อนแสงนิวตรอน แท่งเชื้อเพลิงถูก "ล้าง" โดยน้ำหล่อเย็น - น้ำ เพราะใน "หัวใจ" นั้นแสนสาหัส ระดับสูงกัมมันตภาพรังสีล้อมรอบด้วยการป้องกันรังสีที่เชื่อถือได้
ผู้ประกอบการควบคุมการทำงานของโรงงานด้วยสอง ระบบวิกฤต– การควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่และระบบควบคุมระยะไกล หากเกิดสถานการณ์ฉุกเฉิน การป้องกันฉุกเฉินจะทำงานทันที
เครื่องปฏิกรณ์ทำงานอย่างไร
"เปลวไฟ" ของอะตอมนั้นมองไม่เห็นเนื่องจากกระบวนการเกิดขึ้นที่ระดับของการแยกตัวของนิวเคลียร์ ในปฏิกิริยาลูกโซ่ นิวเคลียสหนักแตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ซึ่งเมื่ออยู่ในสถานะตื่นเต้น จะกลายเป็นแหล่งกำเนิดของนิวตรอนและอนุภาคอื่นๆ ของอะตอม แต่กระบวนการไม่ได้จบเพียงแค่นั้น นิวตรอนยังคง "บดขยี้" ซึ่งเป็นผลมาจากการปล่อยพลังงานจำนวนมากนั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นซึ่งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถูกสร้างขึ้น
งานหลักของพนักงานคือการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่ด้วยความช่วยเหลือของแท่งควบคุมที่ระดับคงที่และปรับได้ นี่คือความแตกต่างที่สำคัญจากระเบิดปรมาณูซึ่งกระบวนการการสลายตัวของนิวเคลียร์ไม่สามารถควบคุมได้และดำเนินไปอย่างรวดเร็วในรูปแบบของการระเบิดที่ทรงพลัง
เกิดอะไรขึ้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล
หนึ่งในสาเหตุหลักของภัยพิบัติที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลในเดือนเมษายน พ.ศ. 2529 คือการละเมิดกฎความปลอดภัยในการปฏิบัติงานอย่างร้ายแรงในกระบวนการบำรุงรักษาตามปกติที่หน่วยพลังงานที่ 4 จากนั้นนำแท่งกราไฟท์ 203 อันออกจากแกนในเวลาเดียวกัน แทนที่จะใช้แท่งกราไฟท์ 15 แท่งที่กฎข้อบังคับอนุญาต เป็นผลให้ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้ซึ่งเริ่มจบลงด้วยการระเบิดจากความร้อนและการทำลายหน่วยพลังงานอย่างสมบูรณ์
เครื่องปฏิกรณ์รุ่นใหม่
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา รัสเซียได้กลายเป็นหนึ่งในผู้นำของโลก พลังงานนิวเคลียร์. ในขณะนี้ บริษัทของรัฐ Rosatom กำลังสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใน 12 ประเทศ โดยมีการสร้างหน่วยพลังงาน 34 หน่วย ความต้องการที่สูงเช่นนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงเทคโนโลยีนิวเคลียร์ของรัสเซียสมัยใหม่ในระดับสูง ลำดับถัดมาคือเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ 4 รุ่นใหม่
"เบรสต์"
หนึ่งในนั้นคือ Brest ซึ่งกำลังได้รับการพัฒนาโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Breakthrough ระบบวงจรเปิดในปัจจุบันใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ ทิ้งเชื้อเพลิงใช้แล้วจำนวนมากที่ต้องทิ้งด้วยต้นทุนมหาศาล "เบรสต์" - เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วมีลักษณะเฉพาะในรอบปิด
ในนั้น เชื้อเพลิงใช้แล้ว หลังจากผ่านกรรมวิธีที่เหมาะสมในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว จะกลายเป็นเชื้อเพลิงที่เต็มเปี่ยมอีกครั้งซึ่งสามารถบรรจุกลับเข้าไปในโรงงานเดียวกันได้
เบรสต์โดดเด่นด้วยความปลอดภัยระดับสูง มันจะไม่ "ระเบิด" แม้แต่ในอุบัติเหตุร้ายแรงที่สุด เพราะประหยัดมากและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เนื่องจากยูเรเนียมที่ "ต่ออายุ" กลับมาใช้ใหม่ นอกจากนี้ยังไม่สามารถใช้เพื่อผลิตพลูโทเนียมเกรดอาวุธได้ ซึ่งเปิดโอกาสให้ส่งออกได้กว้างที่สุด
VVER-1200
VVER-1200 เป็นเครื่องปฏิกรณ์รุ่นใหม่ 3+ ที่มีความจุ 1150 เมกะวัตต์ ด้วยความสามารถทางเทคนิคที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้มีความปลอดภัยในการปฏิบัติงานเกือบสมบูรณ์ เครื่องปฏิกรณ์ติดตั้งระบบความปลอดภัยแบบพาสซีฟจำนวนมาก ซึ่งจะทำงานได้แม้ในกรณีที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟในโหมดอัตโนมัติ
หนึ่งในนั้นคือระบบกำจัดความร้อนแบบพาสซีฟ ซึ่งจะเปิดใช้งานโดยอัตโนมัติเมื่อเครื่องปฏิกรณ์ถูกกำจัดพลังงานอย่างสมบูรณ์ ในกรณีนี้จะมีถังไฮดรอลิกฉุกเฉินให้ ด้วยแรงดันตกที่ผิดปกติในวงจรปฐมภูมิ น้ำจำนวนมากที่มีโบรอนจะถูกส่งไปยังเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งจะดับปฏิกิริยานิวเคลียร์และดูดซับนิวตรอน
องค์ความรู้อีกประการหนึ่งอยู่ที่ส่วนล่างของภาชนะบรรจุ - "กับดัก" ของการหลอมเหลว อย่างไรก็ตาม หากแกน "รั่ว" อันเป็นผลมาจากอุบัติเหตุ "กับดัก" จะไม่ยอมให้ที่กักกันยุบตัวและป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์กัมมันตภาพรังสีเข้าสู่พื้นดิน
หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าที่เผาไหม้เชื้อเพลิงธรรมดา (ถ่านหิน ก๊าซ น้ำมันเชื้อเพลิง พีท) เหมือนกัน: เนื่องจากความร้อนที่ปล่อยออกมา น้ำจะถูกแปลงเป็นไอน้ำซึ่งจ่ายภายใต้แรงดันไปยังกังหัน และหมุนมัน ในทางกลับกัน กังหันจะส่งการหมุนไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าซึ่งแปลง พลังงานกลหมุนเป็นพลังงานไฟฟ้า นั่นคือ สร้างกระแส ในกรณีของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน การเปลี่ยนน้ำเป็นไอน้ำเกิดขึ้นจากพลังงานการเผาไหม้ของถ่านหิน ก๊าซ ฯลฯ ในกรณีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เนื่องจากพลังงานฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม-235
ในการแปลงพลังงานนิวเคลียร์ฟิชชันเป็นพลังงานไอน้ำ มีการใช้การติดตั้งประเภทต่างๆ ซึ่งเรียกว่า เครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์ (การติดตั้ง)ยูเรเนียมมักใช้ในรูปของไดออกไซด์ - U0 2 .
ยูเรเนียมออกไซด์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างพิเศษจะถูกวางไว้ในโมเดอเรเตอร์ - สารเมื่อทำปฏิกิริยากับนิวตรอนจะสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว (ช้าลง) เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ จะใช้ น้ำหรือกราไฟท์ -ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์จึงเรียกว่าน้ำหรือกราไฟท์
ในการถ่ายโอนพลังงาน (กล่าวอีกนัยหนึ่งคือความร้อน) จากแกนกลางไปยังกังหันจะใช้สารหล่อเย็น - น้ำ โลหะเหลว(เช่น โซเดียม) หรือ แก๊ส(เช่น อากาศหรือฮีเลียม) น้ำหล่อเย็นล้างความร้อน โครงสร้างที่ปิดสนิทภายในที่เกิดปฏิกิริยาฟิชชัน ด้วยเหตุนี้สารหล่อเย็นจึงร้อนขึ้นและเมื่อเคลื่อนที่ผ่านท่อพิเศษจะถ่ายเทพลังงาน (ในรูปของความร้อนของตัวเอง) สารหล่อเย็นที่ให้ความร้อนนั้นใช้เพื่อสร้างไอน้ำ ซึ่งจ่ายให้กับเทอร์ไบน์ภายใต้แรงดันสูง
รูป G.1.แผนผัง NPP: 1 - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์, 2 - ปั๊มหมุนเวียน, 3 - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, 4 - กังหัน, 5 - เครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า
ในกรณีของสารหล่อเย็นด้วยแก๊ส ขั้นตอนนี้จะหายไป และก๊าซที่ให้ความร้อนจะถูกป้อนโดยตรงไปยังกังหัน
ในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ของรัสเซีย (โซเวียต) เครื่องปฏิกรณ์สองประเภทเป็นที่แพร่หลาย: เครื่องปฏิกรณ์แบบช่องพลังงานสูงที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ (RBMK) และเครื่องปฏิกรณ์แรงดันน้ำ (VVER) การใช้ RBKM เป็นตัวอย่าง เราจะพิจารณาหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในรายละเอียดเพิ่มเติมเล็กน้อย
RBMK
RBMK เป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิต 1,000 MW ซึ่งสะท้อนถึงจุดเริ่มต้น RBMK-1000.เครื่องปฏิกรณ์วางอยู่ในเพลาคอนกรีตเสริมเหล็กบนโครงสร้างรองรับพิเศษ รอบตัวเขาด้านบนและด้านล่างตั้งอยู่ การป้องกันทางชีวภาพ(ป้องกันรังสีไอออไนซ์). เติมแกนเครื่องปฏิกรณ์ กราไฟท์ก่ออิฐ(นั่นคือบล็อกกราไฟท์ขนาด 25x25x50 ซม. พับในลักษณะใด) ของรูปทรงกระบอก รูแนวตั้งทำขึ้นตามความสูงทั้งหมด (รูปที่ G.2.) ท่อโลหะวางอยู่ในนั้นเรียกว่า ช่อง(เพราะฉะนั้นชื่อ "ช่อง") มีการติดตั้งโครงสร้างที่มีเชื้อเพลิง (TVEL - องค์ประกอบเชื้อเพลิง) หรือแท่งสำหรับควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ในช่องทาง คนแรกเรียกว่า ช่องเชื้อเพลิง,ที่สอง - ช่องทางการควบคุมและป้องกันแต่ละช่องสัญญาณเป็นโครงสร้างปิดผนึกอิสระเครื่องปฏิกรณ์ถูกควบคุมโดยการจุ่มแท่งดูดซับนิวตรอนลงในช่อง (เพื่อจุดประสงค์นี้ จะใช้วัสดุ เช่น แคดเมียม โบรอน และยูโรเพียม) ยิ่งแท่งดังกล่าวเข้าไปในแกนลึกเท่าใดก็ยิ่งดูดซับนิวตรอนได้มากขึ้นดังนั้นจำนวนนิวเคลียสฟิชไซล์จึงลดลงและการปล่อยพลังงานจะลดลง ชุดของกลไกที่เกี่ยวข้องเรียกว่า ระบบควบคุมและป้องกัน (CPS)
รูป G.2.โครงการ RBMK
น้ำถูกส่งไปยังช่องเชื้อเพลิงแต่ละช่องจากด้านล่างซึ่งจ่ายให้กับเครื่องปฏิกรณ์โดยปั๊มทรงพลังพิเศษ - เรียกว่า ปั๊มหมุนเวียนหลัก (MCP)การล้างส่วนประกอบเชื้อเพลิง น้ำเดือด และส่วนผสมของไอน้ำกับไอน้ำจะเกิดขึ้นที่ทางออกของช่อง เธอเข้ามา กลองแยก (BS)- อุปกรณ์ที่ช่วยให้คุณสามารถแยก (แยก) ไอน้ำแห้งออกจากน้ำได้ น้ำที่แยกจากกันจะถูกส่งโดยปั๊มหมุนเวียนหลักกลับไปที่เครื่องปฏิกรณ์ดังนั้นจึงปิดวงจร "เครื่องปฏิกรณ์ - ดรัม - ตัวคั่น - SSC - เครื่องปฏิกรณ์". มันถูกเรียกว่า วงจรการหมุนเวียนแบบบังคับหลายจุด (KMPTS)มีสองวงจรดังกล่าวใน RBMK
ปริมาณยูเรเนียมออกไซด์ที่จำเป็นสำหรับการทำงานของ RBMK อยู่ที่ประมาณ 200 ตัน (การใช้พวกมันจะปล่อยพลังงานเช่นเดียวกับการเผาไหม้ถ่านหินประมาณ 5 ล้านตัน) เชื้อเพลิง "ทำงาน" ในเครื่องปฏิกรณ์เป็นเวลา 3-5 ปี
น้ำหล่อเย็นอยู่ใน วงปิด,แยกออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก ยกเว้นการปนเปื้อนรังสีที่มีนัยสำคัญ สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการศึกษาสถานการณ์การแผ่รังสีรอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ทั้งจากบริการของสถานีเอง และโดยหน่วยงานกำกับดูแล นักสิ่งแวดล้อม และองค์กรระหว่างประเทศ
น้ำหล่อเย็นมาจากอ่างเก็บน้ำใกล้สถานี ในขณะเดียวกัน น้ำที่รับเข้ามาก็มีอุณหภูมิตามธรรมชาติ และน้ำที่ไหลกลับเข้าอ่างเก็บน้ำก็สูงขึ้นประมาณ 10 องศาเซลเซียส มีกฎระเบียบที่เข้มงวดเกี่ยวกับอุณหภูมิความร้อน ซึ่งมีความเข้มงวดมากขึ้นโดยคำนึงถึงระบบนิเวศในท้องถิ่น แต่สิ่งที่เรียกว่า "มลภาวะทางความร้อน" ของอ่างเก็บน้ำน่าจะเป็นความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมที่สำคัญที่สุดจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ข้อเสียนี้ไม่ใช่พื้นฐานและผ่านไม่ได้ เพื่อหลีกเลี่ยงมันพร้อมกับบ่อระบายความร้อน (หรือแทนพวกเขา) หอทำความเย็นเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ในรูปแบบของท่อรูปกรวยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ น้ำหล่อเย็นหลังจากให้ความร้อนในคอนเดนเซอร์ จะถูกป้อนเข้าไปในท่อจำนวนมากที่อยู่ภายในหอทำความเย็น ท่อเหล่านี้มีรูเล็กๆ ที่น้ำไหลออกมา ก่อตัวเป็น "ฝักบัวขนาดใหญ่" ภายในหอทำความเย็น น้ำที่ตกลงมาจะถูกทำให้เย็นลงด้วยอากาศในบรรยากาศและเก็บสะสมไว้ใต้หอทำความเย็นในสระ จากนั้นนำไประบายความร้อนที่คอนเดนเซอร์ เหนือหอทำความเย็นเนื่องจากการระเหยของน้ำทำให้เกิดเมฆสีขาว
การปล่อยกัมมันตภาพรังสีจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 1-2 ออเดอร์ต่ำกว่าค่าสูงสุดที่อนุญาต (นั่นคือปลอดภัยที่ยอมรับได้) และความเข้มข้นของนิวไคลด์กัมมันตรังสีในพื้นที่ของ NPP น้อยกว่า MPC หลายล้านเท่าและน้อยกว่าระดับกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติหลายหมื่นเท่า
นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่เข้าสู่สิ่งแวดล้อมระหว่างการทำงานของ NPP ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์จากฟิชชัน ส่วนใหญ่เป็นก๊าซกัมมันตภาพรังสีเฉื่อย (IRG) ซึ่งมีระยะเวลาสั้น ครึ่งชีวิตดังนั้นจึงไม่มีผลกระทบที่เป็นรูปธรรมต่อสิ่งแวดล้อม (พวกมันสลายตัวก่อนที่จะมีเวลาดำเนินการ) นอกจากผลิตภัณฑ์ฟิชชันแล้ว การปล่อยบางส่วนยังเป็นผลิตภัณฑ์กระตุ้น (นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่เกิดจากอะตอมที่เสถียรภายใต้การกระทำของนิวตรอน) สำคัญในแง่ของการได้รับรังสีคือ นิวไคลด์กัมมันตรังสีอายุยืนยาว(JN, นิวไคลด์กัมมันตรังสีที่สร้างขนาดยาหลักคือ ซีเซียม-137, สตรอนเทียม-90, โครเมียม-51, แมงกานีส-54, โคบอลต์-60) และ ไอโซโทปรังสีของไอโอดีน(ส่วนใหญ่เป็นไอโอดีน-131) ในเวลาเดียวกัน ส่วนแบ่งของพวกเขาในการปล่อย NPP นั้นไม่มีนัยสำคัญอย่างยิ่งและมีจำนวนถึงหนึ่งในพันของเปอร์เซ็นต์
จากผลของปี 2542 การปล่อยสารกัมมันตรังสีจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในแง่ของก๊าซกัมมันตภาพรังสีเฉื่อยไม่เกิน 2.8% ของค่าที่อนุญาตสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียม - กราไฟต์และ 0.3% สำหรับ VVER และ BN สำหรับนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีอายุยืน การปล่อยก๊าซไม่เกิน 1.5% ของการปล่อยที่อนุญาตสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียม-กราไฟต์ และ 0.3% สำหรับ VVER และ BN สำหรับไอโอดีน-131 ตามลำดับ 1.6% และ 0.4%
ข้อโต้แย้งที่สำคัญที่สนับสนุนพลังงานนิวเคลียร์คือความกะทัดรัดของเชื้อเพลิง การประมาณการแบบปัดเศษมีดังนี้: ผลิตไฟฟ้าได้ 1 kWh จากฟืน 1 กก., 3 kWh จากถ่านหิน 1 กก., 4 kWh จากน้ำมัน 1 กก. และ 300,000 kWh จากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ 1 กก. (ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ) . h.
แต่ หน่วยพลังงานอ่อนล้าพลังงาน 1 GW ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำประมาณ 30 ตันต่อปี (นั่นคือประมาณ ปีละ 1 คัน)เพื่อให้แน่ใจว่าปีของการดำเนินงานของอำนาจเดียวกัน โรงไฟฟ้าถ่านหินต้องการถ่านหินประมาณ 3 ล้านตัน (นั่นคือ ประมาณ ห้าขบวนต่อวัน).
การปลดปล่อยนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่มีอายุยืนยาว โรงไฟฟ้าถ่านหินหรือเชื้อเพลิงน้ำมันโดยเฉลี่ย 20-50 (และตามการประมาณการบางอย่าง 100) สูงกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีกำลังการผลิตเท่ากัน
ถ่านหินและเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น ๆ ประกอบด้วยโพแทสเซียม -40 ยูเรเนียม -238 ทอเรียม -232 กิจกรรมเฉพาะของแต่ละหน่วยมีตั้งแต่หลายหน่วยจนถึงหลายร้อย Bq / kg (และดังนั้นสมาชิกของซีรีย์กัมมันตภาพรังสีเช่นเรเดียม -226 , เรเดียม -228, ตะกั่ว-210, พอโลเนียม-210, เรดอน-222 และนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีอื่นๆ) แยกออกจากชีวมณฑลในความหนาของหินของโลก เมื่อถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซถูกเผา พวกมันจะถูกปล่อยและปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ยิ่งกว่านั้น สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นนิวไคลด์ที่ออกฤทธิ์อัลฟาที่อันตรายที่สุดจากมุมมองของการสัมผัสภายใน และแม้ว่ากัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติของถ่านหินมักจะค่อนข้างต่ำ จำนวนเชื้อเพลิงที่เผาผลาญต่อหน่วยของพลังงานที่ผลิตได้นั้นมหาศาล
เป็นผลมาจากปริมาณการสัมผัสกับประชากรที่อาศัยอยู่ใกล้โรงไฟฟ้าถ่านหิน (โดยมีระดับการทำให้บริสุทธิ์ของการปล่อยควันที่ระดับ 98-99%) มากกว่ามากกว่าปริมาณการสัมผัสของประชากรที่อยู่ใกล้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 3-5 ครั้ง.
นอกจากการปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศแล้ว ควรคำนึงด้วยว่าในสถานที่ที่มีของเสียจากโรงไฟฟ้าถ่านหินเข้มข้น มีการสังเกตการเพิ่มขึ้นอย่างมากในพื้นหลังของรังสี ซึ่งอาจนำไปสู่ปริมาณที่เกินขีดจำกัดสูงสุดที่อนุญาตได้ ส่วนหนึ่งของกิจกรรมธรรมชาติของถ่านหินมีความเข้มข้นในเถ้าซึ่งสะสมในปริมาณมหาศาลในโรงไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน ระดับที่มากกว่า 400 Bq/kg ถูกบันทึกไว้ในตัวอย่างเถ้าจากแหล่ง Kansko-Achinsk กัมมันตภาพรังสีของเถ้าลอยจากถ่านหิน Donbas เกิน 1,000 Bq/kg และของเสียเหล่านี้ไม่ได้ถูกแยกออกจากสิ่งแวดล้อม การผลิตไฟฟ้าหนึ่งปี GW จากการเผาไหม้ถ่านหินปล่อยกิจกรรมหลายร้อย GBq (ส่วนใหญ่เป็นอัลฟา) สู่สิ่งแวดล้อม
แนวคิดเช่น "คุณภาพการแผ่รังสีของน้ำมันและก๊าซ" เริ่มดึงดูดความสนใจอย่างจริงจังเมื่อไม่นานมานี้ ในขณะที่เนื้อหาของนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ (เรเดียม ทอเรียม และอื่นๆ) สามารถเข้าถึงค่าที่มีนัยสำคัญได้ ตัวอย่างเช่น กิจกรรมเชิงปริมาตรของเรดอน-222 ใน ก๊าซธรรมชาติโดยเฉลี่ยจาก 300 ถึง 20,000 Bq / m 3 โดยมีค่าสูงสุดถึง 30,000-50,000 และรัสเซียผลิตได้เกือบ 600 พันล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี
อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าการปล่อยกัมมันตภาพรังสีจากทั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนไม่ได้นำไปสู่ผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่อสุขภาพของประชาชน แม้แต่โรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ก็ถือเป็นปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอันดับสาม ซึ่งมีนัยสำคัญน้อยกว่าโรงไฟฟ้าอื่นๆ อย่างมีนัยสำคัญ เช่น การปล่อยสารเคมีและละอองลอย ของเสีย และอื่นๆ
ภาคผนวก H
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ผลิตพลังงาน โดยสังเกตโหมดที่กำหนดภายใต้เงื่อนไขบางประการ เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ จะใช้อาณาเขตที่กำหนดโดยโครงการ โดยที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะถูกใช้ร่วมกับระบบ อุปกรณ์ อุปกรณ์และโครงสร้างที่จำเป็นในการปฏิบัติงาน บุคลากรเฉพาะทางมีส่วนร่วมในการบรรลุภารกิจตามเป้าหมาย
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดในรัสเซีย
ประวัติความเป็นมาของพลังงานนิวเคลียร์ในประเทศของเราและต่างประเทศ
ช่วงครึ่งหลังของทศวรรษที่ 1940 เป็นจุดเริ่มต้นของงานในการสร้างโครงการแรกที่เกี่ยวข้องกับการใช้อะตอมที่สงบสุขเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ในปี พ.ศ. 2491 I.V. Kurchatov ซึ่งได้รับคำแนะนำจากงานของพรรคและรัฐบาลโซเวียต ได้เสนอให้เริ่มทำงานเกี่ยวกับการใช้พลังงานปรมาณูเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
อีกสองปีต่อมาในปี 1950 ซึ่งอยู่ไม่ไกลจากหมู่บ้าน Obninskoye ซึ่งตั้งอยู่ในภูมิภาค Kaluga ได้มีการเปิดตัวการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกในโลก การเปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อุตสาหกรรมแห่งแรกของโลกที่มีกำลังการผลิต 5 เมกะวัตต์ เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 26/27/1954 สหภาพโซเวียตกลายเป็นมหาอำนาจแรกในโลกที่ประสบความสำเร็จในการใช้อะตอมเพื่อจุดประสงค์อย่างสันติ สถานีเปิดใน Obninsk ซึ่งได้รับสถานะเป็นเมืองในเวลานั้น
แต่นักวิทยาศาสตร์โซเวียตไม่ได้หยุดเพียงแค่นั้น พวกเขายังคงทำงานในทิศทางนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพียงสี่ปีต่อมาในปี 1958 การดำเนินการของ NPP ไซบีเรียในระยะแรกก็เริ่มต้นขึ้น พลังของมันมากกว่าสถานีใน Obninsk หลายเท่าและมีจำนวน 100 MW แต่สำหรับนักวิทยาศาสตร์ในประเทศ นี่ไม่ใช่ข้อจำกัด เมื่องานทั้งหมดเสร็จสิ้น ความสามารถในการออกแบบของสถานีคือ 600 เมกะวัตต์
ในที่โล่ง สหภาพโซเวียตการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นมีขนาดใหญ่มากในขณะนั้น ในปีเดียวกันนั้นได้มีการเปิดตัวการก่อสร้าง Beloyarsk NPP ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในเดือนเมษายนปีพ. ศ. 2507 ได้จัดหาผู้บริโภครายแรก ภูมิศาสตร์ของการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่พันกันทั้งประเทศด้วยเครือข่ายในปีเดียวกันพวกเขาได้เปิดตัวหน่วยแรกของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใน Voronezh ความจุของมันคือ 210 MW หน่วยที่สองเปิดตัวห้าปีต่อมาในปี 2512 , โม้กำลังการผลิต 365 เมกะวัตต์. ความเฟื่องฟูในการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ได้ลดลงตลอดยุคโซเวียต สถานีใหม่หรือหน่วยเพิ่มเติมที่สร้างไว้แล้ว ได้เปิดตัวในช่วงเวลาหลายปี ดังนั้นในปี 1973 เลนินกราดจึงได้รับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของตัวเอง
อย่างไรก็ตาม รัฐโซเวียตไม่ใช่รัฐเดียวในโลกที่สามารถควบคุมโครงการดังกล่าวได้ ในสหราชอาณาจักรพวกเขาไม่ได้งีบหลับและเมื่อตระหนักถึงแนวโน้มของทิศทางนี้จึงศึกษาปัญหานี้อย่างแข็งขัน เพียงสองปีต่อมา หลังจากการเปิดสถานีใน Obninsk ชาวอังกฤษได้เริ่มโครงการของตนเองเพื่อพัฒนาอะตอมที่สงบสุข ในปี 1956 อังกฤษเปิดตัวสถานีของตนเองในเมือง Calder-Hall ซึ่งมีอำนาจเหนือกว่าโซเวียตและมีจำนวน 46 เมกะวัตต์ ไม่ล้าหลังในอีกด้านหนึ่งของมหาสมุทรแอตแลนติก อีกหนึ่งปีต่อมา ชาวอเมริกันเปิดตัวสถานีในชิปปิ้งพอร์ตอย่างเคร่งขรึม กำลังการผลิตของโรงงานคือ 60 MW
อย่างไรก็ตาม การพัฒนาอะตอมที่สงบสุขนั้นเต็มไปด้วยภัยคุกคามที่ซ่อนอยู่ ซึ่งคนทั้งโลกได้เรียนรู้ในไม่ช้า สัญญาณแรกเป็นอุบัติเหตุครั้งใหญ่ที่เกาะทรีไมล์ซึ่งเกิดขึ้นในปี 2522 แต่ภายหลังเกิดภัยพิบัติขึ้นทั่วโลกในสหภาพโซเวียต เมืองเล็ก ๆเชอร์โนบิลเป็นภัยพิบัติครั้งใหญ่ เกิดขึ้นในปี 2529 ผลที่ตามมาจากโศกนาฏกรรมนั้นไม่สามารถแก้ไขได้ แต่นอกจากนี้ ข้อเท็จจริงนี้ทำให้คนทั้งโลกคิดถึงความเหมาะสมของการใช้พลังงานนิวเคลียร์เพื่อจุดประสงค์อย่างสันติ
ผู้ทรงคุณวุฒิระดับโลกในอุตสาหกรรมนี้กำลังคิดอย่างจริงจังเกี่ยวกับการปรับปรุงความปลอดภัยของโรงงานนิวเคลียร์ ผลที่ได้คือการประชุมผู้ก่อตั้งซึ่งจัดขึ้นเมื่อวันที่ 15 พฤษภาคม 1989 ในเมืองหลวงของสหภาพโซเวียต สภาตัดสินใจสร้างสมาคมโลก ซึ่งรวมถึงผู้ดำเนินการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมด อักษรย่อที่เป็นที่รู้จักโดยทั่วไปคือ WANO ในระหว่างการดำเนินโครงการ องค์กรจะตรวจสอบการเพิ่มขึ้นของระดับความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในโลกอย่างเป็นระบบ อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความพยายามทั้งหมด แม้แต่วัตถุที่ทันสมัยที่สุดและในแวบแรกดูเหมือนปลอดภัยก็ไม่สามารถต้านทานการโจมตีขององค์ประกอบได้ เป็นเพราะภัยพิบัติภายนอกซึ่งแสดงออกในรูปแบบของแผ่นดินไหวและสึนามิที่ตามมาในปี 2011 มีอุบัติเหตุที่สถานี Fukushima-1
อะตอมมืดมน
การจำแนก NPP
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบ่งตามเกณฑ์สองประการ ได้แก่ ประเภทของพลังงานที่ผลิตและประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ ปริมาณของพลังงานที่สร้างขึ้น ระดับความปลอดภัย และชนิดของวัตถุดิบที่ใช้ที่สถานีจะถูกกำหนด
ตามประเภทของพลังงานที่สถานีผลิต แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์.หน้าที่หลักของพวกเขาคือการสร้างพลังงานไฟฟ้า
โรงไฟฟ้าพลังความร้อนนิวเคลียร์เนื่องจากมีการติดตั้งโรงทำความร้อนไว้ที่นั่น จึงใช้ สูญเสียความร้อนซึ่งหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่สถานีก็เป็นไปได้ที่จะให้ความร้อนกับน้ำในเครือข่าย ดังนั้นสถานีเหล่านี้จึงสร้างพลังงานความร้อนนอกเหนือจากไฟฟ้า
หลังจากตรวจสอบตัวเลือกต่างๆ มากมาย นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ข้อสรุปว่าเหตุผลมากที่สุดคือสามสายพันธุ์ ซึ่งปัจจุบันใช้กันทั่วโลก พวกเขาแตกต่างกันในหลายวิธี:
- เชื้อเพลิงที่ใช้
- สารหล่อเย็นประยุกต์;
- แกนดำเนินการเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ต้องการ
- ประเภทของโมเดอเรเตอร์ที่กำหนดการลดความเร็วของนิวตรอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการสลายตัวและจำเป็นอย่างยิ่งต่อการรองรับปฏิกิริยาลูกโซ่
ประเภทที่พบมากที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเป็นเชื้อเพลิง ที่นี่ใช้น้ำธรรมดาหรือน้ำเบาเพื่อหล่อเย็นและกลั่นกรอง เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าน้ำเบาซึ่งมีสองประเภท ในขั้นแรก ไอน้ำที่ใช้หมุนกังหันจะถูกสร้างขึ้นในโซนแอคทีฟที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด ในครั้งที่สอง การสร้างไอน้ำเกิดขึ้นในวงจรภายนอก ซึ่งเชื่อมต่อกับวงจรหลักผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเครื่องกำเนิดไอน้ำ เครื่องปฏิกรณ์นี้เริ่มได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ห้าสิบของศตวรรษที่ผ่านมา พื้นฐานสำหรับพวกเขาคือโครงการของกองทัพสหรัฐฯ ในเวลาเดียวกัน โซยุซได้พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด ซึ่งแท่งกราไฟท์ทำหน้าที่เป็นผู้กลั่นกรอง
เป็นประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ที่มีโมเดอเรเตอร์ประเภทนี้ซึ่งพบการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ เรากำลังพูดถึงเครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยแก๊ส ประวัติของมันเริ่มขึ้นในปลายยุคสี่สิบต้นยุคห้าสิบต้นศตวรรษที่ XX เริ่มแรกการพัฒนาประเภทนี้ถูกนำมาใช้ในการผลิต อาวุธนิวเคลียร์. ในเรื่องนี้เชื้อเพลิงสองประเภทมีความเหมาะสม ได้แก่ พลูโทเนียมเกรดอาวุธและยูเรเนียมธรรมชาติ
โครงการสุดท้ายซึ่งมาพร้อมกับ ความสำเร็จในเชิงพาณิชย์กลายเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้น้ำหนักเป็นสารหล่อเย็น ยูเรเนียมธรรมชาติที่เราคุ้นเคยอยู่แล้วนั้นถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง ในขั้นต้น หลายประเทศได้ออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว แต่ด้วยเหตุนี้ การผลิตของพวกเขาจึงกระจุกตัวในแคนาดา ซึ่งเป็นสาเหตุของการมีอยู่ของยูเรเนียมจำนวนมากในประเทศนี้
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทอเรียม - พลังงานแห่งอนาคต?
ประวัติการปรับปรุงประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
เครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกมีการออกแบบที่สมเหตุสมผลและใช้งานได้จริง ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วในระหว่างการดำเนินงานระยะยาวและไร้ที่ติของสถานี ในบรรดาองค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบคือ:
- การป้องกันน้ำด้านข้าง
- ปลอกก่ออิฐ;
- ฝาครอบด้านบน;
- ตัวสะสมสำเร็จรูป
- ช่องเชื้อเพลิง
- แผ่นด้านบน;
- กราไฟท์ก่ออิฐ;
- แผ่นด้านล่าง;
- หลากหลายการกระจาย
สเตนเลสได้รับเลือกให้เป็นวัสดุโครงสร้างหลักสำหรับหุ้ม TVEL และช่องเทคโนโลยี ในขณะนั้น ยังไม่ทราบเกี่ยวกับโลหะผสมของเซอร์โคเนียมที่สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส การระบายความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวดำเนินการด้วยน้ำในขณะที่แรงดันที่จ่ายให้คือ 100 ที่ ในกรณีนี้ ไอน้ำถูกปล่อยออกมาที่อุณหภูมิ 280 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นค่าพารามิเตอร์ที่ค่อนข้างปานกลาง
ช่องต่างๆ ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถแทนที่ได้อย่างสมบูรณ์ ทั้งนี้เนื่องมาจากข้อจำกัดของทรัพยากร ซึ่งเกิดจากเวลาที่ใช้เชื้อเพลิงในเขตกิจกรรม นักออกแบบไม่พบเหตุผลที่คาดหวังว่าวัสดุโครงสร้างที่อยู่ในโซนกิจกรรมภายใต้การฉายรังสีจะสามารถใช้ทรัพยากรทั้งหมดได้นั่นคือประมาณ 30 ปี
สำหรับการออกแบบ TVEL ได้มีการตัดสินใจเลือกใช้รุ่นท่อที่มีกลไกการระบายความร้อนด้านเดียว
สิ่งนี้ลดโอกาสที่ผลิตภัณฑ์ฟิชชันจะเข้าสู่วงจรในกรณีที่องค์ประกอบเชื้อเพลิงล้มเหลว เพื่อควบคุมอุณหภูมิของส่วนหุ้ม TVEL ได้ใช้องค์ประกอบเชื้อเพลิงของโลหะผสมยูราโนโมลิบดีนัมซึ่งมีรูปแบบของเมล็ดพืชกระจายตัวโดยใช้เมทริกซ์น้ำอุ่น เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่แปรรูปด้วยวิธีนี้ทำให้ได้องค์ประกอบเชื้อเพลิงที่มีความน่าเชื่อถือสูง สามารถทำงานได้ภายใต้ภาระความร้อนสูง
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลที่น่าอับอายสามารถเป็นตัวอย่างของรอบต่อไปในการพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์อย่างสันติ ในเวลานั้น เทคโนโลยีที่ใช้ในการก่อสร้างถือว่าล้ำหน้าที่สุด และประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดในโลก เรากำลังพูดถึงเครื่องปฏิกรณ์ RBMK-1000
พลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวถึง 3200 MW ในขณะที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบสองเครื่องซึ่งมีกำลังไฟฟ้าถึง 500 MW ดังนั้นหน่วยพลังงานหนึ่งหน่วยจึงมีกำลังไฟฟ้า 1,000 MW ยูเรเนียมไดออกไซด์เสริมสมรรถนะถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับ RBMK ในสถานะเริ่มต้นก่อนเริ่มกระบวนการ เชื้อเพลิงดังกล่าวหนึ่งตันประกอบด้วยเชื้อเพลิงประมาณ 20 กิโลกรัม กล่าวคือ ยูเรเนียม - 235 เมื่อบรรจุยูเรเนียมไดออกไซด์ลงในเครื่องปฏิกรณ์แบบอยู่กับที่ มวลของสารจะอยู่ที่ 180 ตัน
แต่กระบวนการโหลดนั้นไม่เทอะทะ องค์ประกอบของเชื้อเพลิงถูกวางไว้ในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่ง TVEL รู้จักกันดีอยู่แล้ว อันที่จริงแล้วมันเป็นท่อสำหรับการสร้างซึ่งใช้โลหะผสมเซอร์โคเนียม ส่วนประกอบประกอบด้วยเม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์ซึ่งมีรูปทรงกระบอก ในเขตกิจกรรมของเครื่องปฏิกรณ์ พวกมันจะถูกวางไว้ในชุดประกอบเชื้อเพลิง ซึ่งแต่ละองค์ประกอบจะรวมองค์ประกอบเชื้อเพลิง 18 ตัวเข้าด้วยกัน
มีชุดประกอบดังกล่าวมากถึง 1,700 ชุดในเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว และวางไว้ในอิฐก่อด้วยกราไฟต์ ซึ่งช่องเทคโนโลยีรูปทรงแนวตั้งได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ มันอยู่ในนั้นที่สารหล่อเย็นไหลเวียนซึ่งใน RMBC นั้นเล่นด้วยน้ำ น้ำวนเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับปั๊มหมุนเวียนซึ่งมีแปดชิ้น เครื่องปฏิกรณ์ตั้งอยู่ภายในเพลา และโครงสร้างแบบกราฟิคตั้งอยู่ในตัวทรงกระบอกหนา 30 มม. การสนับสนุนของอุปกรณ์ทั้งหมดเป็นฐานคอนกรีตซึ่งมีสระน้ำ - ฟองสบู่ซึ่งทำหน้าที่จำกัดอุบัติเหตุ
เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่สามใช้น้ำหนัก
องค์ประกอบหลักคือดิวเทอเรียม การออกแบบที่พบบ่อยที่สุดเรียกว่า CANDU ซึ่งได้รับการพัฒนาในแคนาดาและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก แกนหลักของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวอยู่ในตำแหน่งแนวนอน และถังทรงกระบอกจะทำหน้าที่เป็นห้องทำความร้อน ช่องเชื้อเพลิงทอดยาวผ่านห้องทำความร้อนทั้งหมด แต่ละช่องมีท่อศูนย์กลางสองท่อ มีท่อนอกและท่อใน
ในยางใน เชื้อเพลิงอยู่ภายใต้แรงดันน้ำหล่อเย็น ซึ่งทำให้สามารถเติมเชื้อเพลิงเพิ่มเติมให้กับเครื่องปฏิกรณ์ระหว่างการทำงานได้ ใช้น้ำแรงสูตร D20 เป็นตัวกลาง ในระหว่างวงจรปิด น้ำจะถูกสูบผ่านท่อของเครื่องปฏิกรณ์ที่มีกลุ่มเชื้อเพลิง อันเป็นผลมาจากการแตกตัวของนิวเคลียร์ ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา
วัฏจักรการทำความเย็นเมื่อใช้น้ำหนักมากประกอบด้วยการผ่านเครื่องกำเนิดไอน้ำซึ่งน้ำธรรมดาจะเดือดจากความร้อนที่ปล่อยออกมาจากน้ำหนักซึ่งเป็นผลมาจากไอน้ำแรงดันสูง มันถูกกระจายกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ ส่งผลให้รอบการทำความเย็นปิด
ตลอดเส้นทางนี้เองที่การพัฒนาแบบทีละขั้นของประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีอยู่และถูกใช้ในประเทศต่างๆ ของโลกได้เกิดขึ้น
แม้ว่าข้อพิพาทเกี่ยวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะไม่ได้ลดลงมาหลายปีแล้ว แต่คนส่วนใหญ่ยังไม่ค่อยเข้าใจนักว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างไร แม้ว่าพวกเขาจะรู้จักตำนานบางอย่างเกี่ยวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก็ตาม บทความจะครอบคลุม ในแง่ทั่วไปมันทำงานอย่างไร โรงไฟฟ้านิวเคลียร์. คุณไม่ควรคาดหวังความลับและการเปิดเผยใดๆ แต่บางคนจะได้เรียนรู้สิ่งใหม่ๆ ด้วยตนเอง
บทความจะอธิบาย เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ชนิด VVER (เครื่องปฏิกรณ์พลังงานระบายความร้อนด้วยน้ำ) เป็นส่วนใหญ่
วิดีโอเกี่ยวกับวิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ - แอนิเมชั่น
แกนเครื่องปฏิกรณ์บรรจุส่วนประกอบเชื้อเพลิงซึ่งประกอบด้วยมัดขององค์ประกอบเชื้อเพลิงเซอร์โคเนียม (TVELs) ที่เต็มไปด้วยเม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์
การประกอบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเต็มขนาด
การแตกตัวของนิวเคลียสยูเรเนียมภายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสของยูเรเนียมด้วยการก่อตัวของนิวตรอน (2 หรือ 3 นิวตรอน) ซึ่งตกลงไปในนิวเคลียสอื่นก็สามารถทำให้เกิดการแตกตัวได้เช่นกัน นี่คือวิธีที่ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์เกิดขึ้น ในกรณีนี้ อัตราส่วนของจำนวนนิวตรอนที่ผลิตต่อจำนวนนิวตรอนต่อ ขั้นตอนก่อนหน้าฟิชชันเรียกว่าปัจจัยการคูณนิวตรอน k ถ้า k<1, реакция затухает. При к=1 идёт самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Когда k>1 ปฏิกิริยาเร่งขึ้นจนถึงการระเบิดของนิวเคลียร์ ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์แบบควบคุมจะถูกรักษาไว้โดยให้ k เข้าใกล้หนึ่ง
เครื่องปฏิกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์บรรจุเชื้อเพลิง
ไฟฟ้าผลิตที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้อย่างไร?
ในระหว่างปฏิกิริยาลูกโซ่ พลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ซึ่งจะทำให้น้ำหล่อเย็นหลักร้อนขึ้น น้ำถูกจ่ายจากด้านล่างไปยังแกนเครื่องปฏิกรณ์โดยใช้ปั๊มหมุนเวียนหลัก (MCPs) การให้ความร้อนสูงถึง 322 °C น้ำจะเข้าสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำ (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) โดยที่หลังจากผ่านท่อแลกเปลี่ยนความร้อนหลายพันท่อและปล่อยความร้อนบางส่วนไปยังน้ำของวงจรทุติยภูมิก็จะเข้าสู่แกนกลางอีกครั้ง .
เนื่องจากแรงดันของวงจรทุติยภูมิต่ำกว่า น้ำในเครื่องกำเนิดไอน้ำจึงเดือด ทำให้เกิดไอน้ำที่มีอุณหภูมิ 274 ° C ซึ่งเข้าสู่กังหัน เข้าถังแรงดันสูงแล้วสามกระบอก ความกดอากาศต่ำไอน้ำหมุนกังหันซึ่งจะหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ไอน้ำที่ระบายออกเข้าสู่คอนเดนเซอร์ซึ่งควบแน่นด้วยน้ำเย็นจากบ่อหล่อเย็นหรือหอหล่อเย็นและกลับสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำด้วยปั๊มป้อน
แผนกกังหันของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และกังหันเอง
ระบบสองวงจรที่ซับซ้อนดังกล่าวถูกสร้างขึ้นเพื่อปกป้องอุปกรณ์ NPP (กังหัน, คอนเดนเซอร์) รวมถึงสิ่งแวดล้อมจากการเข้าสู่อนุภาคกัมมันตภาพรังสีจากวงจรปฐมภูมิซึ่งอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการกัดกร่อนของอุปกรณ์ กัมมันตภาพรังสีเช่นเดียวกับการลดแรงดันของเปลือกหุ้มแท่งเชื้อเพลิง
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีการจัดการที่ไหนและอย่างไร
หน่วย NPP ถูกควบคุมจาก บล็อกโล่การควบคุม ซึ่งมักจะลดจำนวนคนทั่วไปบนท้องถนนด้วย "หลอดไฟ ลูกบิด และปุ่มต่างๆ" มากมาย
แผงควบคุมตั้งอยู่ในห้องเครื่องปฏิกรณ์ แต่ใน "โซนสะอาด" และอยู่ในตำแหน่งอย่างต่อเนื่อง:
- วิศวกรควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ตะกั่ว
- วิศวกรควบคุมกังหันชั้นนำ
- วิศวกรควบคุมบล็อกตะกั่ว
- ตัวจัดการกะบล็อก
อาณาเขต NPP
รอบๆ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีการจัดเขตสังเกตการณ์ (เขตสามสิบกิโลเมตรเดียวกัน) ซึ่งมีการตรวจสอบสถานการณ์การแผ่รังสีอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังมีเขตคุ้มครองสุขาภิบาลที่มีรัศมี 3 กม. (ขึ้นอยู่กับความสามารถในการออกแบบของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์) ซึ่งห้ามมิให้มนุษย์อาศัยอยู่และกิจกรรมการเกษตรมี จำกัด
โซนการเข้าถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
อาณาเขตภายในของ NPP แบ่งออกเป็นสองโซน: โซนการเข้าถึงฟรี (โซนสะอาด) ซึ่งไม่รวมผลกระทบของปัจจัยการแผ่รังสีต่อบุคลากรและโซนควบคุมการเข้าถึง (CAZ) ที่มีโอกาสได้รับรังสีต่อบุคลากร
ไม่อนุญาตให้ทุกคนเข้าถึง ZKD และสามารถทำได้เฉพาะผ่านห้องตรวจสุขาภิบาลหลังจากขั้นตอนการเปลี่ยนเป็นเสื้อผ้าพิเศษ เสื้อผ้าและรับเครื่องวัดปริมาตรส่วนบุคคล การเข้าถึงการกักเก็บซึ่งมีที่ตั้งเครื่องปฏิกรณ์และอุปกรณ์ของวงจรปฐมภูมินั้นเป็นสิ่งต้องห้ามโดยทั่วไปในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ที่กำลังใช้พลังงาน และเป็นไปได้เฉพาะในกรณีพิเศษเท่านั้น ปริมาณที่ได้รับโดยคนงาน NPP นั้นได้รับการแก้ไขและกำหนดมาตรฐานอย่างเคร่งครัด แม้ว่าปริมาณรังสีจริงระหว่างการทำงานปกติของเครื่องปฏิกรณ์จะน้อยกว่าปริมาณสูงสุดหลายร้อยเท่าก็ตาม
การควบคุมปริมาณรังสีที่ทางออกจาก ZKD ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
อาจเป็นข่าวลือและการคาดเดาจำนวนมากที่สุดเกี่ยวกับการปล่อยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การปล่อยมลพิษมีอยู่จริงและเกิดขึ้นโดยส่วนใหญ่ผ่านท่อระบายอากาศ ซึ่งเป็นท่อเดียวกันกับที่ตั้งอยู่ใกล้กับหน่วยพลังงานแต่ละหน่วยและไม่สูบบุหรี่ โดยส่วนใหญ่ก๊าซกัมมันตภาพรังสีเฉื่อย - ซีนอน คริปทอนและอาร์กอน - เข้าสู่บรรยากาศ
แต่ก่อนที่จะปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ อากาศจากสถานที่ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะผ่านระบบตัวกรองที่ซับซ้อน ซึ่งนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีส่วนใหญ่จะถูกลบออก ไอโซโทปที่มีอายุสั้นจะสลายตัวก่อนที่ก๊าซจะไปถึงยอดของท่อ ซึ่งทำให้กัมมันตภาพรังสีลดลงไปอีก ด้วยเหตุนี้ การมีส่วนร่วมกับพื้นหลังของการแผ่รังสีธรรมชาติของก๊าซและการปล่อยละอองของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สู่ชั้นบรรยากาศจึงไม่มีนัยสำคัญและโดยทั่วไปแล้วสามารถถูกละเลยได้ ดังนั้นพลังงานนิวเคลียร์จึงเป็นหนึ่งในพลังงานที่สะอาดที่สุดเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าอื่นๆ ไม่ว่าในกรณีใด การปล่อยกัมมันตภาพรังสีทั้งหมดจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะถูกควบคุมโดยนักสิ่งแวดล้อมอย่างเข้มงวด และมีการพัฒนาวิธีต่างๆ เพื่อลดการปล่อยมลพิษต่อไป
ความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ระบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดได้รับการออกแบบและดำเนินการตามหลักความปลอดภัยหลายประการ ตัวอย่างเช่น แนวความคิดของการป้องกันในเชิงลึกบ่งบอกถึงการมีอยู่ของอุปสรรคหลายประการต่อการแพร่กระจายของรังสีไอออไนซ์และสารกัมมันตภาพรังสีสู่สิ่งแวดล้อม คล้ายกับหลักการของ Kashchei the Deathless มาก: เชื้อเพลิงถูกจัดกลุ่มเป็นเม็ดซึ่งอยู่ในแท่งเชื้อเพลิงเซอร์โคเนียมซึ่งวางอยู่ในถังปฏิกรณ์เหล็กซึ่งวางอยู่ในคอนกรีตเสริมเหล็ก ดังนั้นการทำลายอุปสรรคประการหนึ่งจึงได้รับการชดเชยในครั้งต่อไป ทำทุกอย่างเพื่อไม่ให้สารกัมมันตภาพรังสีเกินขอบเขตการเข้าถึงที่มีการควบคุมในทุกอุบัติเหตุ
นอกจากนี้ ทุกระบบมีความซ้ำซ้อนสองและสามเท่า ตามหลักการของความล้มเหลวครั้งเดียว ตามที่ระบบต้องทำงานอย่างต่อเนื่องแม้ว่าองค์ประกอบใด ๆ ของระบบจะล้มเหลว นอกจากนี้ ยังนำหลักการความหลากหลายไปใช้ กล่าวคือ การใช้ระบบที่มีหลักการทำงานต่างกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อเปิดใช้งานการป้องกันฉุกเฉิน แท่งดูดซับจะตกลงไปที่แกนเครื่องปฏิกรณ์และกรดบอริกจะถูกฉีดเข้าไปในสารหล่อเย็นหลักเพิ่มเติม
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีการซ่อมแซมอย่างไร?
จะมีการถอดชุดจ่ายไฟออกเป็นประจำเพื่อการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน (PPR) ตามกำหนดเวลา ซึ่งจะมีการเติมเชื้อเพลิง ตลอดจนการวินิจฉัย การซ่อมแซมและการเปลี่ยนอุปกรณ์ และปรับปรุงอุปกรณ์ให้ทันสมัย ทุกๆ สี่ปี หน่วยพลังงานปฏิบัติการจะถูกนำเข้าสู่ภาวะหยุดทำงานของเมืองหลวงด้วยการขนถ่ายเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ออกจากแกนเครื่องปฏิกรณ์อย่างสมบูรณ์ การตรวจสอบและทดสอบภายใน ตลอดจนการทดสอบถังแรงดันของเครื่องปฏิกรณ์เพื่อความแข็งแรง
