مخطط إنتاج محطة الطاقة النووية. مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية

محطة الطاقة النووية هي مؤسسة عبارة عن مجموعة من المعدات والهياكل لتوليد الطاقة الكهربائية. تكمن خصوصية هذا التثبيت في طريقة توليد الحرارة. تنشأ درجة الحرارة اللازمة لتوليد الكهرباء من اضمحلال الذرات.

غالبًا ما يتم تنفيذ دور الوقود لمحطات الطاقة النووية بواسطة اليورانيوم الذي يبلغ عدد كتلته 235 (235U). ولأن هذا العنصر المشع قادر على دعم التفاعل النووي المتسلسل، فإنه يستخدم في محطات الطاقة النووية ويستخدم أيضًا في الأسلحة النووية.

الدول التي لديها أكبر عدد من محطات الطاقة النووية

واليوم، هناك 192 محطة للطاقة النووية تعمل في 31 دولة حول العالم، تستخدم 451 مفاعلًا للطاقة النووية بقدرة إجمالية تبلغ 394 جيجاوات. وتقع الغالبية العظمى من محطات الطاقة النووية في أوروبا وأمريكا الشمالية وأقصى شرق آسيا والاتحاد السوفييتي السابق، بينما لا يوجد أي منها تقريبًا في أفريقيا، وفي أستراليا وأوقيانوسيا لا يوجد أي منها على الإطلاق. وهناك 41 مفاعلًا آخر لم تنتج الكهرباء لمدة تتراوح بين 1.5 إلى 20 عامًا، منها 40 مفاعلًا يقع في اليابان.

على مدار السنوات العشر الماضية، تم تشغيل 47 وحدة طاقة حول العالم، وتقع جميعها تقريبًا إما في آسيا (26 في الصين) أو في أوروبا الشرقية. ويوجد ثلثا المفاعلات قيد الإنشاء حاليا في الصين والهند وروسيا. تنفذ جمهورية الصين الشعبية أكبر برنامج لبناء محطات طاقة نووية جديدة، وتقوم حوالي اثنتي عشرة دولة أخرى حول العالم ببناء محطات للطاقة النووية أو تطوير مشاريع لبنائها.

وبالإضافة إلى الولايات المتحدة، تضم قائمة الدول الأكثر تقدمًا في مجال الطاقة النووية:

• فرنسا؛
• اليابان؛
• روسيا؛
• كوريا الجنوبية.

وفي عام 2007، بدأت روسيا في بناء أول محطة طاقة نووية عائمة في العالم، والتي من شأنها أن تحل مشكلة نقص الطاقة في المناطق الساحلية النائية من البلاد. واجه البناء تأخيرات. ووفقا لتقديرات مختلفة، فإن أول محطة للطاقة النووية العائمة ستبدأ العمل في 2019-2019.

تقوم العديد من البلدان، بما في ذلك الولايات المتحدة الأمريكية واليابان وكوريا الجنوبية وروسيا والأرجنتين، بتطوير محطات طاقة نووية صغيرة بقدرة حوالي 10-20 ميجاوات بغرض توفير الحرارة والكهرباء للصناعات الفردية والمجمعات السكنية وفي المستقبل - منازل فردية. من المفترض أنه يمكن إنشاء مفاعلات صغيرة الحجم (انظر، على سبيل المثال، Hyperion NPP) باستخدام تقنيات آمنة تقلل بشكل كبير من احتمالية التسرب النووي. يجري حاليًا بناء مفاعل صغير CAREM25 في الأرجنتين. أول تجربة في استخدام محطات الطاقة النووية الصغيرة اكتسبها اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (Bilibino NPP).

مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية

يعتمد مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية على عمل المفاعل النووي (يسمى أحيانًا الذري) - وهو هيكل حجمي خاص يحدث فيه تفاعل انقسام الذرات مع إطلاق الطاقة.

هناك أنواع مختلفة من المفاعلات النووية:

1. PHWR (ويسمى أيضًا "مفاعل الماء الثقيل المضغوط" - "المفاعل النووي للماء الثقيل")، يستخدم بشكل رئيسي في كندا والمدن الهندية. يعتمد على الماء، وصيغته هي D2O. وهو يعمل كمبرد ووسيط للنيوترونات. الكفاءة قريبة من 29%.
2. VVER (مفاعل الطاقة المبرد بالماء). حاليًا، يتم تشغيل VVERs فقط في رابطة الدول المستقلة، ولا سيما طراز VVER-100. تبلغ كفاءة المفاعل 33%؛
3. GCR، AGR (ماء الجرافيت). يعمل السائل الموجود في مثل هذا المفاعل كمبرد. في هذا التصميم، يكون وسيط النيوترونات هو الجرافيت، ومن هنا جاء الاسم. الكفاءة حوالي 40٪.

بناءً على مبدأ التصميم، تنقسم المفاعلات أيضًا إلى:

• PWR (مفاعل الماء المضغوط) - مصمم بحيث يعمل الماء تحت ضغط معين على إبطاء التفاعلات وتوفير الحرارة؛
• BWR (مصمم بحيث يكون البخار والماء في الجزء الرئيسي من الجهاز، دون وجود دائرة مائية)؛
• RBMK (مفاعل القناة ذو الطاقة العالية بشكل خاص)؛
• BN (يعمل النظام بسبب التبادل السريع للنيوترونات).

تصميم وهيكل محطة الطاقة النووية. كيف تعمل محطة الطاقة النووية؟

تتكون محطة الطاقة النووية النموذجية من كتل، تحتوي كل منها على أجهزة تقنية مختلفة. وأهم هذه الوحدات هو المجمع الذي يضم قاعة المفاعل، والذي يضمن تشغيل محطة الطاقة النووية بالكامل. ويتكون من الأجهزة التالية:

• مفاعل؛
• حوض السباحة (هذا هو المكان الذي يتم فيه تخزين الوقود النووي)؛
• آلات نقل الوقود؛
• غرفة التحكم (لوحة التحكم في الكتل، والتي يمكن للمشغلين من خلالها مراقبة عملية الانشطار الأساسية).

هذا المبنى يتبعه قاعة. يحتوي على مولدات البخار والتوربينات الرئيسية. وخلفهم مباشرة توجد المكثفات وكذلك خطوط نقل الكهرباء التي تمتد إلى ما وراء حدود الإقليم.

من بين أشياء أخرى، هناك كتلة بها حمامات للوقود المستهلك وكتل خاصة مصممة للتبريد (تسمى أبراج التبريد). وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام برك الرش والبرك الطبيعية للتبريد.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية

في جميع محطات الطاقة النووية دون استثناء هناك 3 مراحل لتحويل الطاقة الكهربائية:

• النووية مع الانتقال إلى الحرارية.
• الحرارية، تتحول إلى ميكانيكية.
• الميكانيكية وتحويلها إلى الكهربائية.

يطلق اليورانيوم النيوترونات، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة بكميات هائلة. يتم ضخ الماء الساخن من المفاعل من خلال مولد البخار، حيث يطلق بعض الحرارة، ثم يتم إعادته إلى المفاعل. نظرًا لأن هذا الماء تحت ضغط مرتفع، فإنه يظل في حالة سائلة (في المفاعلات الحديثة من نوع VVER يوجد حوالي 160 ضغطًا جويًا عند درجة حرارة ~ 330 درجة مئوية). في مولد البخار، يتم نقل هذه الحرارة إلى مياه الدائرة الثانوية، والتي تكون تحت ضغط أقل بكثير (نصف ضغط الدائرة الأولية أو أقل)، وبالتالي تغلي. يدخل البخار الناتج إلى توربين بخاري يقوم بتدوير مولد كهربائي، ثم إلى مكثف، حيث يتم تبريد البخار، ويتكثف ويدخل مرة أخرى إلى مولد البخار. يتم تبريد المكثف بالماء من مصدر مياه خارجي مفتوح (على سبيل المثال، بركة تبريد).

يتم إغلاق كل من الدائرتين الأولى والثانية، مما يقلل من احتمالية تسرب الإشعاع. يتم تقليل أبعاد هياكل الدائرة الأولية، مما يقلل أيضًا من مخاطر الإشعاع. ولا يتفاعل التوربين البخاري والمكثف مع مياه الدائرة الأولية مما يسهل عمليات الإصلاح ويقلل من كمية النفايات المشعة عند تفكيك المحطة.

آليات حماية محطات الطاقة النووية

يشترط أن تكون جميع محطات الطاقة النووية مجهزة بأنظمة السلامة الشاملة، على سبيل المثال:

• التوطين – الحد من انتشار المواد الضارة في حالة وقوع حادث يؤدي إلى انطلاق الإشعاع؛
• توفير - توفير كمية معينة من الطاقة للتشغيل المستقر للأنظمة؛
• المديرون - يعملون على التأكد من أن جميع أنظمة الحماية تعمل بشكل طبيعي.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن إغلاق المفاعل في حالة الطوارئ. في هذه الحالة، ستقوم الحماية التلقائية بمقاطعة التفاعلات المتسلسلة إذا استمرت درجة الحرارة في المفاعل في الارتفاع. وسيتطلب هذا الإجراء لاحقًا أعمال ترميم جادة لإعادة المفاعل إلى التشغيل.

بعد وقوع حادث خطير في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية، والذي كان سببه تصميمًا غير كامل للمفاعل، بدأوا في إيلاء المزيد من الاهتمام لتدابير الحماية، وقاموا أيضًا بتنفيذ أعمال التصميم لضمان موثوقية أكبر للمفاعلات.

كارثة القرن الحادي والعشرين وعواقبها

في مارس 2011، ضرب زلزال شمال شرق اليابان، مما تسبب في حدوث تسونامي أدى في نهاية المطاف إلى تدمير 4 من المفاعلات الستة في محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية.

وبعد أقل من عامين على المأساة، تجاوزت الحصيلة الرسمية للقتلى في الكارثة 1500 شخص، في حين لا يزال 20 ألف شخص في عداد المفقودين، واضطر 300 ألف آخرين من السكان إلى مغادرة منازلهم.

وكان هناك أيضًا ضحايا لم يتمكنوا من مغادرة مكان الحادث بسبب جرعة الإشعاع الكبيرة. وتم تنظيم عملية إخلاء فورية لهم استمرت يومين.

ومع ذلك، في كل عام، يتم تحسين طرق منع الحوادث في محطات الطاقة النووية، وكذلك تحييد حالات الطوارئ - فالعلم يتحرك بثبات إلى الأمام. ومع ذلك، فمن الواضح أن المستقبل سيكون وقتًا لازدهار الطرق البديلة لتوليد الكهرباء - على وجه الخصوص، من المنطقي توقع ظهور الألواح الشمسية المدارية العملاقة في السنوات العشر القادمة، وهو أمر يمكن تحقيقه تمامًا في ظروف انعدام الجاذبية. فضلا عن غيرها، بما في ذلك التقنيات الثورية في قطاع الطاقة.

إذا كان لديك أي أسئلة، اتركها في التعليقات أسفل المقال. سنكون سعداء نحن أو زوارنا بالرد عليهم

لا يستطيع الإنسان المعاصر أن يتخيل الحياة بدون كهرباء. إذا توقف التيار الكهربائي ولو لبضع ساعات، فإن الحياة في المدينة سوف تصاب بالشلل. يتم توليد أكثر من 90% من الكهرباء في منطقة فورونيج من محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية. قام مراسلو RIA Voronezh بزيارة محطة NV NPP واكتشفوا كيفية تحويل الطاقة النووية إلى كهرباء.

متى ظهرت أول محطة للطاقة النووية؟

في عام 1898، اكتشف العالمان المشهوران ماري سكلودوفسكا كوري وبيير كوري أن البتشبلند، وهو معدن اليورانيوم، كان مشعًا، وفي عام 1933، طرح الفيزيائي الأمريكي ليو زيلارد لأول مرة فكرة التفاعل المتسلسل النووي - وهو المبدأ الذي تم طرحه ذات مرة في الممارسة العملية، مهدت الطريق لإنشاء الطاقة النووية الأسلحة. في البداية، تم استخدام الطاقة الذرية للأغراض العسكرية. لأول مرة، بدأ استخدام الذرات للأغراض السلمية في الاتحاد السوفياتي. تم إطلاق أول محطة طاقة نووية تجريبية في العالم بقدرة 5 ميجاوات فقط في عام 1954 في مدينة أوبنينسك بمنطقة كالوغا. أظهر تشغيل أول محطة تجريبية للطاقة النووية نجاحها وسلامتها. أثناء تشغيلها، لا توجد انبعاثات ضارة في البيئة، وعلى عكس المحطات الحرارية، لا يلزم استخدام كميات كبيرة من الوقود الأحفوري. تعد محطات الطاقة النووية اليوم واحدة من أكثر مصادر الطاقة الصديقة للبيئة.

متى تم بناء محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية؟

إنشاء أول وحدة صناعية بمحطة الطاقة النووية NV

لأول مرة، بدأ الاستخدام الصناعي للطاقة النووية في الاتحاد السوفيتي في محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية. في سبتمبر 1964، تم إطلاق أول وحدة طاقة في NVNPP مزودة بمفاعل الماء المضغوط (VVER)، وكانت قوتها 210 ميجاوات - أي ما يقرب من 40 مرة أكثر من قدرة أول محطة طاقة نووية تجريبية. يعتبر نموذج المفاعل هذا واحدًا من أكثر نماذج المفاعلات تقدمًا تقنيًا وأمانًا في العالم. كانت النماذج الأولية لـ VVER لمحطات الطاقة النووية عبارة عن مفاعلات تحت الماء. أثناء بناء أول وحدة طاقة في محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية، لم تكن هناك مراكز تدريب للمتخصصين القادرين على تشغيل المفاعلات. تم تجنيد العلماء النوويين الأوائل من الغواصات السابقين.

تم بناء خمس وحدات طاقة وتشغيلها في محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية، واليوم تعمل ثلاث منها، ويجري البناء والتحضير لإطلاق وحدتين جديدتين أخريين. جميع وحدات الطاقة في NVPP مزودة بمفاعلات VVER.

ما هي كمية الطاقة التي تنتجها محطة الطاقة النووية؟

يمكن أن تتراوح سعة وحدة الطاقة من عدة وحدات إلى عدة آلاف ميجاوات. محطات الطاقة النووية الصناعية قوية جدًا. توفر محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية حوالي 90% من احتياجات منطقة فورونيج من الكهرباء وحوالي 90% من احتياجات نوفوفورونيج الحرارية. وتبلغ القدرة الإجمالية لوحدات الطاقة في محطة نوفورونيج للطاقة النووية 1800 ميجاوات. إن الحجم السنوي للكهرباء المولدة في محطة الطاقة النووية يكفي لتزويد مصنع فورونيج للطائرات بـ 191 عامًا من التشغيل المتواصل أو لإضاءة 650 مبنى قياسيًا مكونًا من تسعة طوابق. وبعد إطلاق وحدتي الطاقة السادسة والسابعة، ستزداد القدرة الإجمالية لمحطة نوفوفورونيج للطاقة النووية بمقدار 2.23 مرة. عندها سيكون الحجم السنوي للطاقة المولدة من محطة الطاقة النووية كافيا لضمان تشغيل السكك الحديدية الروسية لأكثر من 8 أشهر.

كيف تعمل محطة الطاقة النووية؟

وحدة الطاقة رقم 5 في NV NPP

يتم توليد الطاقة في محطة الطاقة النووية في مفاعل. الوقود المستخدم فيها هو اليورانيوم المخصب صناعياً على شكل أقراص يبلغ قطرها عدة مليمترات. توضع كريات اليورانيوم في عناصر الوقود (عناصر الوقود) - وهي عبارة عن أنابيب مجوفة محكمة الغلق مصنوعة من الزركونيوم المقاوم للحرارة. يتم تجميع مجموعات الوقود (FA) من قضبان الوقود. هناك عدة مئات من مجموعات الوقود في قلب VVER - تحدث فيها عمليات انشطار نواة اليورانيوم. إن مجموعات الوقود هي التي تنقل الطاقة وتسخن المبرد الأساسي. كثافة النيوترونات في المفاعل هي قوة المفاعل، ويتم تنظيمها من خلال كمية العناصر المحتوية على البورون الممتصة للنيوترونات التي يتم إدخالها إلى القلب (مثل فرامل السيارة). لإنتاج الكهرباء في محطات الطاقة النووية، وكذلك في الوحدات الحرارية، يتم استخدام أقل من نصف الحرارة المتولدة (قانون الفيزياء)، ويتم إطلاق الحرارة المتبقية من البخار المنبعث في التوربينات إلى البيئة. في الوحدات الأولى من محطة نوفورونيج للطاقة النووية، تم استخدام المياه من نهر الدون لإزالة الحرارة. لتبريد وحدتي الطاقة الثالثة والرابعة، يتم استخدام أبراج التبريد - وهي هياكل مصنوعة من الحديد والألمنيوم يبلغ ارتفاعها حوالي 91 مترًا ووزنها 920 طنًا، حيث يتم تبريد المياه المتداولة الساخنة بتدفق الهواء. ولتبريد وحدة الطاقة الخامسة، تم بناء بركة تبريد مملوءة بالمياه المتداولة، ويستخدم سطحها لإطلاق الحرارة إلى البيئة. لا تتلامس هذه المياه مع مياه الدائرة الأولية وهي آمنة تمامًا. بركة التبريد نظيفة للغاية لدرجة أنها استضافت في عام 2010 مسابقة صيد لعموم روسيا. لتبريد المياه المتداولة في البلوكين 6 و 7، تم بناء أطول أبراج تبريد في روسيا بارتفاع 173 م، ومن أعلى برج التبريد يمكن رؤية ضواحي فورونيج بوضوح.

كيف تتحول الطاقة النووية إلى كهرباء؟

في قلب VVER، تحدث عمليات انشطار نواة اليورانيوم. يؤدي هذا إلى إطلاق كمية هائلة من الطاقة، والتي تعمل على تسخين الماء (المبرد) للدائرة الأولية إلى درجة حرارة حوالي 300 درجة مئوية. الماء لا يغلي لأنه تحت ضغط مرتفع (مبدأ طنجرة الضغط). المبرد الأساسي مشع، وبالتالي لا يترك الدائرة. وبعد ذلك يتم تغذيتها لمولدات البخار، حيث يتم تسخين مياه الدائرة الثانوية وتحويلها إلى بخار، وتحويل طاقتها إلى طاقة كهربائية في التوربين.

كيف تصل الكهرباء إلى شققنا؟

التيار الكهربائي هو الحركة المنتظمة غير المعوضة لجزيئات الإلكترون الحرة المشحونة كهربائيًا تحت تأثير المجال الكهربائي. كمية هائلة من الطاقة بجهد 220 أو 500 ألف فولت تغادر محطة الطاقة النووية عبر الأسلاك. هذا الجهد العالي ضروري لتقليل الخسائر أثناء عمليات النقل لمسافات طويلة. ومع ذلك، فإن هذا الجهد غير مطلوب للمستهلك وهو خطير للغاية. وقبل دخول التيار الكهربائي إلى المنازل، يتم خفض الجهد باستخدام المحولات إلى المستوى المعتاد وهو 220 فولت. عن طريق إدخال قابس جهاز كهربائي في المقبس، فإنك تقوم بتوصيله بالشبكة الكهربائية.

ما مدى أمان الطاقة النووية؟

بركة التبريد في NV NPP

عندما يتم تشغيل محطة الطاقة النووية بشكل صحيح، فإنها تكون آمنة تمامًا. تتم مراقبة الخلفية الإشعاعية في منطقة تبلغ مساحتها 30 كيلومترًا حول محطة نوفورونيج للطاقة النووية بواسطة 20 مركزًا آليًا. أنها تعمل في وضع القياس المستمر. طوال تاريخ تشغيل المحطة، لم يتجاوز إشعاع الخلفية أبدًا قيم الخلفية الطبيعية. لكن الطاقة النووية تنطوي على مخاطر محتملة. ولذلك، فإن أنظمة السلامة في محطات الطاقة النووية تصبح أكثر تقدمًا كل عام. إذا كانت أنظمة السلامة الرئيسية نشطة بالنسبة للأجيال الأولى من محطات الطاقة النووية (1.2 وحدة طاقة)، ​​أي أنه كان لا بد من تشغيلها بواسطة شخص أو أتمتة، فعند تصميم وحدات الجيل 3+ (وحدات الطاقة السادسة والسابعة من Novovoronezh NPP)، يتم التركيز بشكل رئيسي على أنظمة السلامة السلبية. في حالة وجود موقف خطير محتمل، سيعملون بأنفسهم، وليس طاعة شخص أو أتمتة، ولكن قوانين الفيزياء. على سبيل المثال، عندما يحدث انقطاع للتيار الكهربائي في محطة للطاقة النووية، فإن أجهزة الحماية، تحت تأثير الجاذبية، سوف تسقط تلقائيًا في قلب المفاعل وتغلق المفاعل.

يتدرب موظفو المحطات النووية بانتظام على التعامل مع مختلف أنواع حالات الطوارئ. تتم محاكاة حالات الطوارئ على أجهزة محاكاة خاصة واسعة النطاق - وهي أجهزة محوسبة لا يمكن تمييزها ظاهريًا عن لوحات التحكم. يتلقى موظفو التشغيل الذين يديرون المفاعل ترخيصًا من Rostekhnadzor كل 5 سنوات للحصول على الحق في إجراء العملية التكنولوجية (التحكم في وحدة الطاقة النووية). الإجراء مشابه للحصول على رخصة القيادة. يجتاز المتخصص الاختبارات النظرية ويوضح المهارات العملية على جهاز المحاكاة. يُسمح للموظفين فقط بالحصول على ترخيص واجتياز اختبارات NPP لتشغيل المفاعل.

هل لاحظت خطأ؟ حدده بالماوس واضغط على Ctrl + Enter

مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية ومحطات الطاقة التي تحرق الوقود التقليدي (الفحم والغاز وزيت الوقود والجفت) هو نفسه: بسبب الحرارة المتولدة، يتم تحويل الماء إلى بخار، والذي يتم توفيره تحت الضغط إلى التوربينات و يدور عليه. يقوم التوربين بدوره بنقل الدوران إلى مولد تيار كهربائي، والذي يحول الطاقة الدورانية الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، أي يولد التيار. وفي حالة محطات الطاقة الحرارية، يحدث تحويل الماء إلى بخار بسبب طاقة احتراق الفحم والغاز وغيرها، وفي حالة محطات الطاقة النووية - بسبب طاقة انشطار نواة اليورانيوم 235.

لتحويل طاقة الانشطار النووي إلى طاقة بخار الماء، يتم استخدام أنواع مختلفة من المنشآت، والتي تسمى مفاعلات الطاقة النووية (المنشآت).يستخدم اليورانيوم عادة في شكل ثاني أكسيد - U0 2.

يتم وضع أكسيد اليورانيوم كجزء من الهياكل الخاصة في وسيط - وهي مادة عند التفاعل معها تفقد النيوترونات الطاقة بسرعة (تتباطأ). لهذه الأغراض يتم استخدامه الماء أو الجرافيت -وبناء على ذلك، تسمى المفاعلات الماء أو الجرافيت.

لنقل الطاقة (وبعبارة أخرى، الحرارة) من القلب إلى التوربين، يتم استخدام المبرد - الماء، المعدن السائل(مثل الصوديوم) أو غاز(على سبيل المثال، الهواء أو الهيليوم). يقوم المبرد بغسل الجزء الخارجي من الهياكل المغلقة الساخنة، والتي يحدث داخلها تفاعل انشطاري. ونتيجة لذلك، يتم تسخين المبرد، ويتحرك عبر أنابيب خاصة، وينقل الطاقة (في شكل حرارة خاصة به). يتم استخدام المبرد الساخن لإنتاج البخار الذي يتم توفيره للتوربين عند ضغط مرتفع.

الشكل.ز.1.رسم تخطيطي لمحطة الطاقة النووية: 1 – مفاعل نووي، 2 – مضخة دوران، 3 – مبادل حراري، 4 – توربين، 5 – مولد تيار كهربائي

وفي حالة المبرد الغازي، تغيب هذه المرحلة، ويتم إمداد الغاز الساخن مباشرة إلى التوربين.

في صناعة الطاقة النووية الروسية (السوفيتية)، انتشر نوعان من المفاعلات على نطاق واسع: ما يسمى بمفاعل قناة الطاقة العالية (RBMK) ومفاعل طاقة الماء والماء (WWER). باستخدام RBKM كمثال، دعونا نلقي نظرة على مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية بمزيد من التفصيل.

آر بي إم كيه

RBMK هو مصدر للكهرباء بقدرة 1000 ميجاوات وهو ما يعكس الرقم القياسي آر بي إم كيه-1000.يتم وضع المفاعل في عمود خرساني مسلح على هيكل داعم خاص. ومن حوله، فوق وتحت هناك الحماية البيولوجية(الحماية ضد الإشعاعات المؤينة). امتلأ قلب المفاعل البناء الجرافيت(أي كتل جرافيت مقاس 25x25x50 سم مطوية بطريقة معينة) ذات شكل أسطواني. يتم عمل ثقوب رأسية على طول الارتفاع بالكامل (الشكل G.2.). أنها تحتوي على أنابيب معدنية تسمى القنوات(ومن هنا جاء اسم "القناة"). يتم تركيب الهياكل التي تحتوي على الوقود (TVEL - عنصر الوقود) أو قضبان التحكم في المفاعل في القنوات. يتم استدعاء الأوائل قنوات الوقود،ثانية - قنوات التحكم والحماية.وكل قناة عبارة عن هيكل مستقل مغلق، ويتم التحكم في المفاعل عن طريق غمر قضبان ممتصة للنيوترونات في القناة (تستخدم مواد مثل الكادميوم والبورون واليوروبيوم لهذا الغرض). كلما دخل هذا القضيب بشكل أعمق إلى المنطقة النشطة، زاد امتصاص النيوترونات، وبالتالي يقل عدد النوى الانشطارية وينخفض ​​إطلاق الطاقة. يتم استدعاء مجموعة الآليات المقابلة نظام التحكم والحماية (CPS).

الشكل.ز.2.مخطط RBMK.

يتم توفير المياه لكل قناة وقود من الأسفل، والتي يتم توفيرها للمفاعل بواسطة مضخة قوية خاصة - تسمى مضخة الدوران الرئيسية (MCP).عند غسل مجموعة الوقود، يغلي الماء، ويتشكل خليط بخار وماء عند مخرج القناة. هي تدخل فاصل الأسطوانة (BS)- جهاز يسمح لك بفصل (فصل) البخار الجاف عن الماء. يتم إرجاع الماء المفصول مرة أخرى إلى المفاعل عن طريق مضخة التدوير الرئيسية، وبالتالي إغلاق دائرة "المفاعل - الأسطوانة - الفاصل - GNC" - مفاعل". تسمى دائرة الدوران القسري المتعددة (MCPC).هناك نوعان من هذه الدوائر في RBMK.

تبلغ كمية أكسيد اليورانيوم اللازمة لتشغيل RBMK حوالي 200 طن (يطلق استخدامها نفس الطاقة التي يطلقها حرق حوالي 5 ملايين طن من الفحم). الوقود "يعمل" في المفاعل لمدة 3-5 سنوات.

المبرد موجود دائرة مغلقة،معزولة عن البيئة الخارجية، باستثناء أي تلوث إشعاعي كبير. وهذا ما تؤكده دراسات الوضع الإشعاعي حول محطات الطاقة النووية، سواء من قبل خدمات المحطات نفسها أو من قبل السلطات التنظيمية ونشطاء البيئة والمنظمات الدولية.

تأتي مياه التبريد من خزان قريب من المحطة. في هذه الحالة، تكون درجة حرارة الماء الخارج طبيعية، وتكون درجة حرارة الماء الداخل إلى الخزان أعلى بحوالي 10 درجات مئوية. هناك لوائح صارمة لدرجة حرارة التدفئة، والتي يتم تشديدها بشكل أكبر لتأخذ في الاعتبار النظم البيئية المحلية، ولكن ما يسمى "التلوث الحراري" للمسطحات المائية ربما يكون الضرر البيئي الأكثر أهمية من محطات الطاقة النووية. وهذا العيب ليس أساسيا ولا يمكن التغلب عليه. لتجنب ذلك، جنبا إلى جنب مع برك التبريد (أو بدلا منها)، أبراج التبريدوهي عبارة عن هياكل ضخمة على شكل أنابيب مخروطية ذات قطر كبير. يتم توفير مياه التبريد، بعد تسخينها في المكثف، إلى العديد من الأنابيب الموجودة داخل برج التبريد. تحتوي هذه الأنابيب على فتحات صغيرة يتدفق من خلالها الماء، مما يؤدي إلى إنشاء "دش عملاق" داخل برج التبريد. يتم تبريد المياه المتساقطة بواسطة الهواء الجوي وتجميعها تحت برج التبريد في حوض، ومن هناك يتم أخذها لتبريد المكثف. تتشكل سحابة بيضاء فوق برج التبريد نتيجة تبخر الماء.

الانبعاثات المشعة من محطات الطاقة النووية 1-2 أوامرأقل من القيم القصوى المسموح بها (أي المقبولة الآمنة)، وتركيز النويدات المشعة في المناطق التي توجد بها محطات الطاقة النووية أقل بملايين المرات من الحد الأقصى للتركيز المسموح به وأقل بعشرات الآلاف من المرات من المستوى الطبيعي للنشاط الإشعاعي.

النويدات المشعة التي تدخل نظام التشغيل أثناء تشغيل محطة الطاقة النووية هي في الأساس منتجات انشطارية. الجزء الرئيسي منها هو الغازات المشعة الخاملة (IRG)، والتي لها فترات قصيرة نصف الحياةوبالتالي ليس لها تأثير ملحوظ على البيئة (فهي تتفكك قبل أن يتوفر لها الوقت للتأثير). بالإضافة إلى منتجات الانشطار، تتكون بعض الانبعاثات من منتجات التنشيط (النويدات المشعة التي تتكون من ذرات مستقرة تحت تأثير النيوترونات). كبيرة من وجهة نظر تأثير الإشعاع النويدات المشعة طويلة العمر(DZN، النويدات المشعة الرئيسية المكونة للجرعة - السيزيوم 137، السترونتيوم 90، الكروم 51، المنغنيز 54، الكوبالت 60) و النظائر المشعة لليود(معظمها اليود -131). وفي الوقت نفسه، فإن حصتها في انبعاثات محطات الطاقة النووية ضئيلة للغاية وتبلغ أجزاء من الألف من المائة.

وفي نهاية عام 1999، لم تتجاوز انبعاثات النويدات المشعة في محطات الطاقة النووية من الغازات المشعة الخاملة 2.8% من القيم المسموح بها لمفاعلات اليورانيوم والجرافيت و0.3% لمفاعلات VVER وBN. بالنسبة للنويدات المشعة طويلة العمر، لم تتجاوز الانبعاثات 1.5% من الانبعاثات المسموح بها لمفاعلات اليورانيوم-الجرافيت و0.3% لمفاعلات VVER وBN، ولليود-131، 1.6% و0.4% على التوالي.

الحجة المهمة لصالح الطاقة النووية هي تماسك الوقود. التقديرات التقريبية هي كما يلي: من 1 كجم من الحطب، يمكنك إنتاج 1 كيلووات ساعة من الكهرباء، من 1 كجم من الفحم - 3 كيلووات ساعة، من 1 كجم من النفط - 4 كيلووات ساعة، من 1 كجم من الوقود النووي (اليورانيوم منخفض التخصيب) -300,000 كيلوواط- ساعة.

أ وحدة الطاقة الضعيفةتستهلك قدرة 1 جيجاوات ما يقرب من 30 طنًا من اليورانيوم منخفض التخصيب سنويًا (أي ما يقرب من سيارة واحدة في السنة).لضمان سنة من التشغيل بنفس القوة محطة لتوليد الطاقه من الفحمهناك حاجة إلى حوالي 3 ملايين طن من الفحم (أي حوالي خمسة قطارات يوميا).

إطلاقات النويدات المشعة طويلة العمر محطات توليد الطاقة بالفحم أو النفط فيفي المتوسط، 20-50 (ووفقا لبعض التقديرات 100) أعلى من محطة للطاقة النووية بنفس الطاقة.

يحتوي الفحم وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى على البوتاسيوم-40، واليورانيوم-238، والثوريوم-232، ويتراوح النشاط النوعي لكل منها من عدة وحدات إلى عدة مئات من بيكريل/كجم (وبالتالي، عناصر من سلسلتها المشعة مثل الراديوم-226). والراديوم -228 والرصاص 210 والبولونيوم 210 والرادون 222 والنويدات المشعة الأخرى). معزولة عن المحيط الحيوي في سمك صخرة الأرض، فعندما يتم حرق الفحم والنفط والغاز، يتم إطلاقها وإطلاقها في الغلاف الجوي. علاوة على ذلك، فهذه هي أخطر نويدات ألفا النشطة من حيث الإشعاع الداخلي. وعلى الرغم من أن النشاط الإشعاعي الطبيعي للفحم عادة ما يكون منخفضا نسبيا، كميةيعد حرق الوقود لكل وحدة من الطاقة المنتجة أمرًا هائلاً.

نتيجة للجرعة الإشعاعية التي يتعرض لها السكان الذين يعيشون بالقرب من محطة توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم (بدرجة تنقية لانبعاثات الدخان عند مستوى 98-99%) أكثرمن الجرعة الإشعاعية للسكان بالقرب من محطة الطاقة النووية 3-5 مرات.

بالإضافة إلى الانبعاثات في الغلاف الجوي، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أنه في الأماكن التي تتركز فيها النفايات الناتجة عن محطات الفحم، هناك زيادة كبيرة في الإشعاع الخلفي، مما قد يؤدي إلى جرعات تتجاوز الحد الأقصى المسموح به. ويتركز جزء من النشاط الطبيعي للفحم في الرماد الذي يتراكم بكميات هائلة في محطات توليد الطاقة. وفي الوقت نفسه، لوحظت مستويات تزيد عن 400 بيكريل/كجم في عينات الرماد المأخوذة من رواسب كانسكو-آشينسكوي. يتجاوز النشاط الإشعاعي للرماد المتطاير من فحم دونباس 1000 بيكريل/كجم. وهذه النفايات ليست معزولة بأي حال من الأحوال عن البيئة. يؤدي إنتاج جيجاوات ساعة من الكهرباء من احتراق الفحم إلى إطلاق مئات الجيجابايت من النشاط (معظمها ألفا) في البيئة.

بدأت مفاهيم مثل "جودة إشعاع النفط والغاز" في جذب اهتمام جدي مؤخرًا نسبيًا، في حين أن محتوى النويدات المشعة الطبيعية فيها (الراديوم والثوريوم وغيرها) يمكن أن يصل إلى قيم كبيرة. على سبيل المثال، يتراوح النشاط الحجمي لغاز الرادون 222 في الغاز الطبيعي في المتوسط ​​من 300 إلى 20 ألف بيكريل/م3 وبقيم قصوى تصل إلى 30 إلى 50 ألفاً. وتنتج روسيا ما يقرب من 600 مليار متر مكعب من هذا النوع سنوياً.

تجدر الإشارة إلى أن الانبعاثات المشعة الصادرة عن محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية لا تؤدي إلى عواقب ملحوظة على الصحة العامة. وحتى بالنسبة لمحطات الفحم، يعد هذا عاملاً بيئيًا من الدرجة الثالثة، وهو أقل أهمية بكثير من العوامل الأخرى: الانبعاثات الكيميائية والهباء الجوي، والنفايات، وما إلى ذلك.

الملحق ح

تم طرح اقتراح إنشاء مفاعل AM لمحطة الطاقة النووية المستقبلية لأول مرة في 29 نوفمبر 1949 في اجتماع للمدير العلمي للمشروع النووي I.V. كورشاتوف، مدير معهد المشاكل الجسدية أ.ب. ألكسندروف، مدير NIIkhimash N.A. دوليزال والسكرتير العلمي للمجلس العلمي والتقني للصناعة ب.س. بوزدنياكوفا. وأوصى الاجتماع بتضمين خطة بحث PGU لعام 1950 "تصميم مفاعل لليورانيوم المخصب بأبعاد صغيرة لأغراض الطاقة فقط، بإجمالي ناتج حراري يبلغ 300 وحدة، وقوة فعالة تبلغ حوالي 50 وحدة" مع الجرافيت ومبرد الماء. وفي الوقت نفسه، صدرت التعليمات بإجراء الحسابات الفيزيائية والدراسات التجريبية على هذا المفاعل بشكل عاجل.

في وقت لاحق الرابع. كورشاتوف وأ.ب. أوضح زافينياجين اختيار مفاعل AM للبناء ذي الأولوية من خلال حقيقة أنه "يمكن استخدام تجربة ممارسة الغلايات التقليدية فيه، أكثر من الوحدات الأخرى: فالبساطة النسبية العامة للوحدة تجعل البناء أسهل وأرخص".

خلال هذه الفترة، تتم مناقشة خيارات استخدام مفاعلات الطاقة على مستويات مختلفة.

مشروع

كان من المستحسن البدء بإنشاء مفاعل لمحطة توليد الطاقة على متن السفينة. لتبرير تصميم هذا المفاعل و"التأكيد من حيث المبدأ... الإمكانية العملية لتحويل حرارة التفاعلات النووية للمنشآت النووية إلى طاقة ميكانيكية وكهربائية"، تقرر بناءه في أوبنينسك، على أراضي المختبر " B"، وهي محطة للطاقة النووية تضم ثلاث منشآت للمفاعلات، بما في ذلك منشأة AM التي أصبحت مفاعل المحطة النووية الأولى).

بموجب قرار مجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية بتاريخ 16 مايو 1950، تم تكليف البحث والتطوير في مجال AM إلى LIPAN (معهد I.V. Kurchatov)، NIIKhimmash، GSPI-11، VTI). في عام 1950 - أوائل عام 1951 أجرت هذه المنظمات حسابات أولية (P.E. Nemirovsky، S.M. Feinberg، Yu.N. Zankov)، ودراسات التصميم الأولية، وما إلى ذلك، ثم تم تنفيذ جميع الأعمال في هذا المفاعل، وفقًا لقرار I.V. تم نقل كورشاتوف إلى المختبر "ب". تم تعيين مدير علمي وكبير المصممين - ن.أ. دوليزال.

وينص التصميم على معلمات المفاعل التالية: الطاقة الحرارية 30 ألف كيلوواط، الطاقة الكهربائية 5 آلاف كيلوواط، نوع المفاعل - مفاعل نيوتروني حراري مزود بمهدئ من الجرافيت وتبريد بالمياه الطبيعية.

بحلول هذا الوقت، كانت البلاد لديها بالفعل خبرة في إنشاء مفاعلات من هذا النوع (المفاعلات الصناعية لإنتاج مواد القنابل)، لكنها تختلف بشكل كبير عن مفاعلات الطاقة، والتي تشمل مفاعل AM. ارتبطت الصعوبات بالحاجة إلى الحصول على درجات حرارة تبريد عالية في مفاعل AM، مما يعني أنه سيكون من الضروري البحث عن مواد وسبائك جديدة يمكنها تحمل درجات الحرارة هذه، ومقاومة للتآكل، ولا تمتص النيوترونات بكميات كبيرة، إلخ. بالنسبة للمبادرين ببناء محطات الطاقة النووية باستخدام مفاعل الـ AM كانت هذه المشاكل واضحة منذ البداية، وكان السؤال هو مدى سرعة التغلب على هذه المشاكل ومدى نجاحها.

الحسابات والوقوف

بحلول الوقت الذي تم فيه نقل العمل على AM إلى المختبر "B"، كان المشروع قد تم تعريفه بعبارات عامة فقط. وبقيت هناك العديد من المشاكل المادية والتقنية والتكنولوجية التي كان لا بد من حلها، وتزايد عددها مع تقدم العمل في المفاعل.

بادئ ذي بدء، يتعلق الأمر بالحسابات الفيزيائية للمفاعل، والتي كان من الضروري تنفيذها دون وجود العديد من البيانات اللازمة لذلك. في المختبر "ب"، تم التعامل مع بعض القضايا المتعلقة بنظرية مفاعلات النيوترونات الحرارية من قبل د.ف. Zaretsky، وتم إجراء الحسابات الرئيسية من قبل مجموعة M.E. ميناشين في قسم أ.ك. كراسينا. أنا. كان ميناشين قلقًا بشكل خاص بشأن عدم وجود قيم دقيقة للعديد من الثوابت. وكان من الصعب تنظيم قياساتها في الموقع. وبمبادرة منه، تم تجديد بعضها تدريجيًا ويرجع ذلك أساسًا إلى القياسات التي أجراها LIPAN والقليل منها في المختبر "ب"، ولكن بشكل عام لا يمكن ضمان الدقة العالية للمعلمات المحسوبة. لذلك، في نهاية فبراير - بداية مارس 1954، تم تجميع حامل AMF - التجميع الحرج لمفاعل AM، والذي أكد الجودة المرضية للحسابات. وعلى الرغم من أن التجميع لم يتمكن من إعادة إنتاج جميع ظروف المفاعل الحقيقي، إلا أن النتائج دعمت الأمل في النجاح، على الرغم من بقاء العديد من الشكوك.

في هذا الموقف، في 3 مارس 1954، تم تنفيذ تفاعل متسلسل لانشطار اليورانيوم لأول مرة في أوبنينسك.

ولكن، مع الأخذ في الاعتبار أنه تم تحسين البيانات التجريبية باستمرار، تم تحسين منهجية الحساب، حتى إطلاق المفاعل، استمرت دراسة حمولة وقود المفاعل، وسلوك المفاعل في الأوضاع غير القياسية، واستمرت المعلمات تم حساب قضبان الامتصاص، وما إلى ذلك.

إنشاء عناصر الوقود

مهمة أخرى مهمة - إنشاء عنصر الوقود (عنصر الوقود) - تم التعامل معها ببراعة بواسطة V.A. مليخ وفريق القسم التكنولوجي للمختبر “ب”. شاركت العديد من المنظمات ذات الصلة في تطوير قضبان الوقود، ولكن الخيار الذي اقترحه V.A. صغيرة، وأظهر الأداء العالي. تم الانتهاء من البحث عن تصميم في نهاية عام 1952 مع تطوير نوع جديد من عناصر الوقود (مع تركيبة مشتتة من حبيبات اليورانيوم والموليبدينوم في مصفوفة المغنيسيوم).

هذا النوع من عناصر الوقود جعل من الممكن رفضها أثناء اختبارات ما قبل المفاعل (تم إنشاء منصات خاصة لهذا في المختبر "ب")، وهو أمر مهم للغاية لضمان التشغيل الموثوق للمفاعل. تمت دراسة استقرار عنصر الوقود الجديد في تدفق النيوترونات في LIPAN في مفاعل MR. تم تطوير قنوات عمل المفاعل في معهد NIIKhimmash.

وهكذا، ولأول مرة في بلدنا، ربما تم حل المشكلة الأكثر أهمية والأكثر صعوبة في صناعة الطاقة النووية الناشئة - إنشاء عنصر الوقود.

بناء

في عام 1951، بالتزامن مع بدء العمل البحثي على مفاعل AM في المختبر "B"، بدأ بناء مبنى محطة الطاقة النووية على أراضيها.

تم تعيين P. I. رئيسًا للبناء. زاخاروف كبير مهندسي المنشأة - .

كما يتذكر دي بلوخينتسيف، “كان مبنى محطة الطاقة النووية في أهم أجزائه يحتوي على جدران سميكة مصنوعة من الخرسانة المسلحة المتراصة لتوفير الحماية البيولوجية من الإشعاع النووي. تم وضع خطوط الأنابيب وقنوات الكابلات والتهوية وما إلى ذلك في الجدران. ومن الواضح أن التعديلات كانت مستحيلة، وبالتالي، عند تصميم المبنى، حيثما كان ذلك ممكنا، تم اتخاذ الترتيبات اللازمة لاستيعاب التغييرات المتوقعة. لتطوير أنواع جديدة من المعدات وتنفيذ الأعمال البحثية، تم إسناد المهام العلمية والتقنية إلى "منظمات الطرف الثالث" - المعاهد ومكاتب التصميم والمؤسسات. في كثير من الأحيان، لا يمكن إكمال هذه المهام نفسها وتم توضيحها واستكمالها مع تقدم التصميم. تم تطوير الحلول الهندسية والتصميمية الرئيسية من قبل فريق التصميم برئاسة N.A. دوليزال وأقرب مساعديه بي. أليششنكوف..."

تميز أسلوب العمل في بناء أول محطة للطاقة النووية بسرعة اتخاذ القرار، وسرعة التطوير، وعمق معين من الدراسات الأولية وطرق وضع اللمسات النهائية على الحلول التقنية المعتمدة، وتغطية واسعة للمجالات المتنوعة والتأمينية. تم إنشاء أول محطة للطاقة النووية في ثلاث سنوات.

يبدأ

في بداية عام 1954، بدأ اختبار واختبار أنظمة المحطات المختلفة.

في 9 مايو 1954، بدأ تحميل قلب مفاعل محطة الطاقة النووية بقنوات الوقود في المختبر "ب". عند إدخال قناة الوقود رقم 61، تم الوصول إلى الحالة الحرجة عند الساعة 19:40. بدأ تفاعل متسلسل ذاتي الاستدامة لانشطار نواة اليورانيوم في المفاعل. تم البدء الفعلي لمحطة الطاقة النووية.

كتب وهو يتذكر الإطلاق: "زادت قوة المفاعل تدريجياً، وأخيراً، في مكان ما بالقرب من مبنى محطة الطاقة الحرارية، حيث يتم إمداد البخار من المفاعل، رأينا طائرة نفاثة تخرج من الصمام بصوت هسهسة عالٍ. السحابة البيضاء من البخار العادي، والتي لم تكن ساخنة بما يكفي لتدوير التوربينات، بدت لنا معجزة: بعد كل شيء، كان هذا أول بخار تنتجه الطاقة الذرية. وكان ظهوره مناسبة للعناق والتهاني على "البخار الطيب" وحتى دموع الفرح. تمت مشاركة ابتهاجنا بواسطة I.V. كورشاتوف الذي شارك في العمل في تلك الأيام. بعد تلقي البخار بضغط 12 ضغط جوي. وعند درجة حرارة 260 درجة مئوية، أصبح من الممكن دراسة جميع مكونات محطة الطاقة النووية في ظل ظروف قريبة من التصميم، وفي 26 يونيو 1954، خلال الوردية المسائية، الساعة 17:00. وبعد 45 دقيقة تم فتح صمام إمداد البخار للمولد التوربيني وبدأ في توليد الكهرباء من المرجل النووي. لقد تعرضت أول محطة للطاقة النووية في العالم لأحمال صناعية.

"في الاتحاد السوفيتي، ومن خلال جهود العلماء والمهندسين، تم بنجاح العمل على تصميم وبناء أول محطة للطاقة النووية الصناعية بقدرة مفيدة تبلغ 5000 كيلووات. وفي 27 يونيو، تم تشغيل محطة الطاقة النووية ووفرت الكهرباء للصناعة والزراعة في المناطق المحيطة.

وحتى قبل بدء التشغيل، تم إعداد أول برنامج للعمل التجريبي في مفاعل AM، وحتى إغلاق المحطة كان أحد قواعد المفاعلات الرئيسية حيث يتم إجراء أبحاث فيزياء النيوترونات، وأبحاث في فيزياء الحالة الصلبة، واختبار قضبان الوقود. و EGC وإنتاج منتجات النظائر وما إلى ذلك.تم تدريب أطقم الغواصات النووية الأولى وكاسحة الجليد النووية "لينين" وأفراد محطات الطاقة النووية السوفيتية والأجنبية في محطة الطاقة النووية.

أصبح إطلاق محطة الطاقة النووية للموظفين الشباب في المعهد أول اختبار للاستعداد لحل المشكلات الجديدة والأكثر تعقيدًا. في الأشهر الأولى من العمل، تم تحسين الوحدات والأنظمة الفردية، وتمت دراسة الخصائص الفيزيائية للمفاعل، والظروف الحرارية للمعدات والمحطة بأكملها بالتفصيل، وتم تعديل وتصحيح الأجهزة المختلفة. في أكتوبر 1954، وصلت المحطة إلى طاقتها التصميمية.

لندن، 1 يوليو (تاس). إن الإعلان عن إطلاق أول محطة للطاقة النووية الصناعية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية لوحظ على نطاق واسع في الصحافة الإنجليزية؛ وكتب مراسل صحيفة ديلي وركر في موسكو أن هذا الحدث التاريخي "له أهمية أكبر بما لا يقاس من إسقاط القنبلة الذرية الأولى على هيروشيما". .

باريس، 1 يوليو (تاس). أفاد مراسل وكالة فرانس برس في لندن أن الإعلان عن إطلاق أول محطة طاقة صناعية في العالم تعمل بالطاقة النووية في الاتحاد السوفييتي قوبل باهتمام كبير في دوائر المتخصصين النوويين في لندن. ويواصل المراسل أن إنجلترا تقوم ببناء محطة للطاقة النووية في كالديرهال. ويعتقد أنها ستكون قادرة على دخول الخدمة في موعد لا يتجاوز 2.5 سنة...

شنغهاي، 1 يوليو (تاس). ردًا على تشغيل محطة طاقة نووية سوفيتية، ذكرت إذاعة طوكيو: تخطط الولايات المتحدة وإنجلترا أيضًا لبناء محطات طاقة نووية، لكنهما تخططان لاستكمال بنائها في 1956-1957. إن حقيقة تقدم الاتحاد السوفييتي على إنجلترا وأمريكا في استخدام الطاقة الذرية للأغراض السلمية تشير إلى أن العلماء السوفييت قد حققوا نجاحًا كبيرًا في مجال الطاقة الذرية. قال أحد المتخصصين اليابانيين البارزين في مجال الفيزياء النووية، البروفيسور يوشيو فوجيوكا، في تعليقه على الإعلان عن إطلاق محطة للطاقة النووية في الاتحاد السوفييتي، إن هذه بداية "حقبة جديدة".

10.7% من توليد الكهرباء في العالم سنويًا يأتي من محطات الطاقة النووية. تعمل إلى جانب محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة الكهرومائية على تزويد البشرية بالضوء والحرارة، وتسمح لهم باستخدام الأجهزة الكهربائية وتجعل حياتنا أكثر راحة وبساطة. لقد حدث أن الكلمات "محطة الطاقة النووية" اليوم ترتبط بالكوارث والانفجارات العالمية. ليس لدى الأشخاص العاديين أدنى فكرة عن تشغيل محطة للطاقة النووية وهيكلها، ولكن حتى أكثر الأشخاص جهلاً سمعوا عن الأحداث التي وقعت في تشيرنوبيل وفوكوشيما ويشعرون بالخوف منها.

ما هي محطة الطاقة النووية؟ كيف يعملون؟ ما مدى خطورة محطات الطاقة النووية؟ لا تصدق الشائعات والخرافات، فلنكتشف ذلك!

ما هي محطة الطاقة النووية؟

في 16 يوليو 1945، تم استخراج الطاقة من نواة اليورانيوم لأول مرة في موقع اختبار عسكري في الولايات المتحدة. أصبح الانفجار القوي للقنبلة الذرية، الذي تسبب في عدد كبير من الضحايا، نموذجا أوليا لمصدر حديث وسلمي تماما للكهرباء.

تم إنتاج الكهرباء لأول مرة باستخدام مفاعل نووي في 20 ديسمبر 1951 في ولاية أيداهو في الولايات المتحدة الأمريكية. للتحقق من وظائفه، تم توصيل المولد بأربعة مصابيح متوهجة، وبشكل غير متوقع للجميع، أضاءت المصابيح. ومنذ تلك اللحظة، بدأت البشرية في استخدام طاقة المفاعل النووي لإنتاج الكهرباء.

تم إطلاق أول محطة للطاقة النووية في العالم في أوبنينسك في الاتحاد السوفييتي عام 1954. وكانت قوتها 5 ميجاوات فقط.

ما هي محطة الطاقة النووية؟ محطة الطاقة النووية هي منشأة نووية تنتج الطاقة باستخدام مفاعل نووي. يعمل المفاعل النووي بالوقود النووي، وفي أغلب الأحيان اليورانيوم.

يعتمد مبدأ تشغيل المنشأة النووية على تفاعل انشطار نيوترونات اليورانيوم، والتي تصطدم ببعضها البعض وتنقسم إلى نيوترونات جديدة، والتي بدورها تصطدم أيضًا وتنشطر أيضًا. يُسمى هذا التفاعل بالتفاعل المتسلسل، وهو أساس الطاقة النووية. تولد هذه العملية برمتها الحرارة، التي تسخن الماء إلى حالة ساخنة شديدة (320 درجة مئوية). ثم يتحول الماء إلى بخار، ويقوم البخار بتدوير التوربينة، ويقوم بتشغيل مولد كهربائي، مما ينتج الكهرباء.

يتم بناء محطات الطاقة النووية اليوم بوتيرة سريعة. السبب الرئيسي لزيادة عدد محطات الطاقة النووية في العالم هو محدودية احتياطيات الوقود العضوي، وببساطة فإن احتياطيات الغاز والنفط آخذة في النفاد، وهي ضرورية للاحتياجات الصناعية والبلدية، واليورانيوم والبلوتونيوم، اللذين تعمل كوقود لمحطات الطاقة النووية، وهناك حاجة إليها بكميات صغيرة، ولا تزال احتياطياتها كافية.

ما هي محطة الطاقة النووية؟ ولا يقتصر الأمر على الكهرباء والحرارة فقط. وإلى جانب توليد الكهرباء، تُستخدم محطات الطاقة النووية أيضًا لتحلية المياه. على سبيل المثال، توجد محطة للطاقة النووية في كازاخستان.

ما الوقود المستخدم في محطات الطاقة النووية؟

ومن الناحية العملية، يمكن لمحطات الطاقة النووية استخدام العديد من المواد القادرة على توليد الكهرباء النووية؛ ووقود محطات الطاقة النووية الحديثة هو اليورانيوم والثوريوم والبلوتونيوم.

ولا يُستخدم وقود الثوريوم حاليًا في محطات الطاقة النووية،لأن حيث يصعب تحويله إلى عناصر وقود، أو إلى قضبان وقود باختصار.

قضبان الوقود عبارة عن أنابيب معدنية توضع داخل المفاعل النووي.توجد مواد مشعة داخل قضبان الوقود. ويمكن تسمية هذه الأنابيب بمنشآت تخزين الوقود النووي. السبب الثاني للاستخدام النادر للثوريوم هو معالجته المعقدة والمكلفة بعد استخدامه في محطات الطاقة النووية.

ولا يستخدم وقود البلوتونيوم أيضًا في هندسة الطاقة النووية، وذلك لأنه تحتوي هذه المادة على تركيبة كيميائية معقدة للغاية، ولم يتعلموا بعد كيفية استخدامها بشكل صحيح.

وقود اليورانيوم

المادة الرئيسية التي تنتج الطاقة في محطات الطاقة النووية هي اليورانيوم.يتم استخراج اليورانيوم اليوم بثلاث طرق: الحفر المفتوحة، والمناجم المغلقة، والترشيح تحت الأرض، عن طريق حفر المناجم. الطريقة الأخيرة مثيرة للاهتمام بشكل خاص. لاستخراج اليورانيوم عن طريق الترشيح، يتم سكب محلول حمض الكبريتيك في آبار تحت الأرض، ويتم تشبعه باليورانيوم ثم ضخه مرة أخرى إلى الخارج.

وتقع أكبر احتياطيات اليورانيوم في العالم في أستراليا وكازاخستان وروسيا وكندا. أغنى الودائع موجودة في كندا وزائير وفرنسا وجمهورية التشيك. في هذه البلدان، يتم الحصول على ما يصل إلى 22 كيلوغرامًا من مادة اليورانيوم الخام من طن من الخام. للمقارنة، في روسيا، يتم الحصول على ما يزيد قليلا عن كيلوغرام ونصف من اليورانيوم من طن واحد من الخام.

مواقع تعدين اليورانيوم غير مشعة. هذه المادة في شكلها النقي تشكل خطراً ضئيلاً على البشر، والخطر الأكبر هو غاز الرادون المشع عديم اللون، والذي يتشكل أثناء التحلل الطبيعي لليورانيوم.

لا يمكن استخدام اليورانيوم على شكل خام في محطات الطاقة النووية، ولا يمكن أن ينتج أي تفاعلات. أولا، تتم معالجة المواد الخام لليورانيوم إلى مسحوق - أكسيد اليورانيوم، وفقط بعد ذلك يصبح وقود اليورانيوم. يتم تحويل مسحوق اليورانيوم إلى "أقراص" معدنية - يتم ضغطه في قوارير صغيرة أنيقة، يتم إشعالها لمدة 24 ساعة في درجات حرارة مرتفعة بشكل رهيب تزيد عن 1500 درجة مئوية. إن كريات اليورانيوم هذه هي التي تدخل المفاعلات النووية، حيث تبدأ في التفاعل مع بعضها البعض، وفي نهاية المطاف، تزود الناس بالكهرباء.
ويعمل حوالي 10 ملايين من كريات اليورانيوم في وقت واحد في مفاعل نووي واحد.
وبطبيعة الحال، لا يتم ببساطة إلقاء كريات اليورانيوم في المفاعل. يتم وضعها في أنابيب معدنية مصنوعة من سبائك الزركونيوم - قضبان الوقود، وترتبط الأنابيب ببعضها البعض في حزم وتشكل مجموعات الوقود - مجموعات الوقود. إنه اتحاد كرة القدم الذي يمكن أن يسمى بحق وقود محطة الطاقة النووية.

إعادة معالجة الوقود في محطات الطاقة النووية

وبعد حوالي عام من الاستخدام، يجب استبدال اليورانيوم الموجود في المفاعلات النووية. يتم تبريد عناصر الوقود لعدة سنوات وإرسالها للتقطيع والذوبان. ونتيجة للاستخلاص الكيميائي، يتم إطلاق اليورانيوم والبلوتونيوم، والتي يتم إعادة استخدامها واستخدامها لصنع وقود نووي جديد.

تُستخدم نواتج اضمحلال اليورانيوم والبلوتونيوم في تصنيع مصادر الإشعاع المؤين. يتم استخدامها في الطب والصناعة.

يتم إرسال كل ما تبقى بعد هذه التلاعبات إلى فرن ساخن ويتم تصنيع الزجاج من البقايا، ثم يتم تخزينه بعد ذلك في مرافق تخزين خاصة. لماذا الزجاج؟ وسيكون من الصعب للغاية إزالة بقايا العناصر المشعة التي يمكن أن تضر بالبيئة.

أخبار محطات الطاقة النووية - ظهرت مؤخرًا طريقة جديدة للتخلص من النفايات المشعة. تم إنشاء ما يسمى بالمفاعلات النووية السريعة أو مفاعلات النيوترونات السريعة، والتي تعمل على بقايا الوقود النووي المعاد تدويره. ووفقا للعلماء، فإن بقايا الوقود النووي، المخزنة حاليا في مرافق التخزين، قادرة على توفير الوقود لمفاعلات النيوترونات السريعة لمدة 200 عام.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمفاعلات السريعة الجديدة أن تعمل بوقود اليورانيوم، الذي يتم تصنيعه من 238 يورانيوم، ولا تستخدم هذه المادة في محطات الطاقة النووية التقليدية، لأن من الأسهل على محطات الطاقة النووية اليوم معالجة 235 و233 يورانيوم، والتي لم يتبق منها سوى القليل في الطبيعة. وبالتالي، فإن المفاعلات الجديدة تمثل فرصة لاستخدام رواسب ضخمة من 238 يورانيوم، والتي لم يستخدمها أحد من قبل.

كيف يتم بناء محطة الطاقة النووية؟

ما هي محطة الطاقة النووية؟ ما هو هذا المزيج من المباني الرمادية التي لم يشاهدها معظمنا إلا على شاشة التلفزيون؟ ما مدى متانة وأمان هذه الهياكل؟ ما هو هيكل محطة الطاقة النووية؟ في قلب أي محطة للطاقة النووية يوجد مبنى المفاعل، وبجانبه توجد غرفة التوربينات ومبنى الأمان.

يتم بناء محطات الطاقة النووية وفقًا للوائح والأنظمة ومتطلبات السلامة للمنشآت التي تعمل بالمواد المشعة. المحطة النووية هي هدف استراتيجي كامل للدولة. ولذلك، فإن سمك الجدران وهياكل التسليح الخرسانية المسلحة في مبنى المفاعل أكبر بعدة مرات من الهياكل القياسية. وبالتالي، فإن مباني محطات الطاقة النووية يمكن أن تصمد أمام الزلازل والأعاصير والتسونامي والأعاصير وتحطم الطائرات بقوة 8 درجات.

ويتوج مبنى المفاعل بقبة محمية بجدران خرسانية داخلية وخارجية. الجدار الخرساني الداخلي مغطى بصفائح فولاذية، والتي في حالة وقوع حادث يجب أن تخلق مجالًا هوائيًا مغلقًا ولا تطلق مواد مشعة في الهواء.

تحتوي كل محطة للطاقة النووية على حوض تبريد خاص بها. يتم وضع أقراص اليورانيوم التي انتهت صلاحيتها بالفعل هناك. بعد إزالة وقود اليورانيوم من المفاعل، يظل مشعًا للغاية، بحيث تتوقف التفاعلات داخل قضبان الوقود، ويجب أن يستغرق الأمر من 3 إلى 10 سنوات (اعتمادًا على تصميم المفاعل الذي يوجد فيه الوقود). وفي برك التبريد، تبرد كريات اليورانيوم وتتوقف التفاعلات داخلها.

المخطط التكنولوجي لمحطة الطاقة النووية، أو ببساطة، المخطط التصميمي لمحطات الطاقة النووية هو من عدة أنواع، وكذلك خصائص محطة الطاقة النووية والمخطط الحراري لمحطة الطاقة النووية، فإنه يعتمد على النوع المفاعل النووي الذي يستخدم في عملية توليد الكهرباء.

محطة الطاقة النووية العائمة

نحن نعرف بالفعل ما هي محطة الطاقة النووية، لكن العلماء الروس توصلوا إلى فكرة أخذ محطة للطاقة النووية وجعلها متنقلة. وحتى الآن، تم الانتهاء من المشروع تقريبا. كان هذا التصميم يسمى محطة الطاقة النووية العائمة. وبحسب الخطة، ستكون محطة الطاقة النووية العائمة قادرة على توفير الكهرباء لمدينة يصل عدد سكانها إلى مائتي ألف نسمة. ميزتها الرئيسية هي القدرة على التحرك عن طريق البحر. يجري حاليًا بناء محطة للطاقة النووية قادرة على الحركة في روسيا فقط.

أخبار محطة الطاقة النووية هي الإطلاق الوشيك لأول محطة طاقة نووية عائمة في العالم، والتي تم تصميمها لتوفير الطاقة لمدينة بيفيك الساحلية، الواقعة في منطقة تشوكوتكا ذاتية الحكم في روسيا. أول محطة طاقة نووية عائمة تسمى "أكاديميك لومونوسوف"، وهي محطة طاقة نووية صغيرة يجري بناؤها في سانت بطرسبرغ ومن المقرر إطلاقها في 2016 - 2019. تم عرض محطة الطاقة النووية العائمة في عام 2015، ثم قدم البناؤون مشروعًا شبه مكتمل لمحطة الطاقة النووية العائمة.

تم تصميم محطة الطاقة النووية العائمة لتوفير الكهرباء للمدن النائية التي تتمتع بإمكانية الوصول إلى البحر. إن مفاعل أكاديميك لومونوسوف النووي ليس بنفس قوة محطات الطاقة النووية الأرضية، ولكن عمره التشغيلي يصل إلى 40 عامًا، مما يعني أن سكان بيفيك الصغيرة لن يعانون من نقص الكهرباء لمدة نصف قرن تقريبًا.

يمكن استخدام محطة الطاقة النووية العائمة ليس فقط كمصدر للحرارة والكهرباء، ولكن أيضًا لتحلية المياه. ووفقا للحسابات، يمكن أن تنتج من 40 إلى 240 مترا مكعبا من المياه العذبة يوميا.
بلغت تكلفة الكتلة الأولى من محطة الطاقة النووية العائمة 16 مليار ونصف مليار روبل، وكما نرى، فإن بناء محطات الطاقة النووية ليس متعة رخيصة.

سلامة محطات الطاقة النووية

بعد كارثة تشيرنوبيل عام 1986 وحادث فوكوشيما عام 2011، أصبحت عبارة محطة الطاقة النووية تسبب الخوف والذعر لدى الناس. في الواقع، تم تجهيز محطات الطاقة النووية الحديثة بأحدث التقنيات، وقد تم تطوير قواعد خاصة للسلامة، وبشكل عام، تتكون حماية محطات الطاقة النووية من 3 مستويات:

على المستوى الأول، يجب ضمان التشغيل الطبيعي لمحطة الطاقة النووية. تعتمد سلامة محطة الطاقة النووية إلى حد كبير على الموقع الصحيح للمحطة النووية، والتصميم الجيد، واستيفاء جميع الشروط أثناء تشييد المبنى. يجب أن يتوافق كل شيء مع اللوائح وتعليمات وخطط السلامة.

وعلى المستوى الثاني، من المهم منع التشغيل العادي لمحطة الطاقة النووية من التحول إلى حالة الطوارئ. ولهذا الغرض توجد أجهزة خاصة تقوم بمراقبة درجة الحرارة والضغط في المفاعلات والإبلاغ عن أدنى تغير في القراءات.

إذا لم يعمل المستويان الأول والثاني من الحماية، فسيتم استخدام المستوى الثالث - استجابة مباشرة لحالة الطوارئ. تكتشف أجهزة الاستشعار الحادث وتتفاعل معه بنفسها - يتم إغلاق المفاعلات، ويتم تحديد مصادر الإشعاع، ويتم تبريد القلب، ويتم الإبلاغ عن الحادث.

وبطبيعة الحال، تتطلب محطة الطاقة النووية اهتماما خاصا بنظام السلامة، سواء في مرحلة البناء أو في مرحلة التشغيل. يمكن أن يكون لعدم الامتثال للوائح الصارمة عواقب وخيمة للغاية، ولكن اليوم تقع معظم المسؤولية عن سلامة محطات الطاقة النووية على عاتق أنظمة الكمبيوتر، ويتم استبعاد العامل البشري بالكامل تقريبًا. مع الأخذ في الاعتبار الدقة العالية للآلات الحديثة، يمكنك أن تكون واثقا من سلامة محطات الطاقة النووية.

يؤكد الخبراء أنه من المستحيل الحصول على جرعة كبيرة من الإشعاع المشع في محطات الطاقة النووية الحديثة العاملة بشكل مستقر أو أثناء التواجد بالقرب منها. حتى عمال محطات الطاقة النووية، الذين، بالمناسبة، يقيسون مستوى الإشعاع الذي يتلقونه كل يوم، لا يتعرضون للإشعاع أكثر من السكان العاديين في المدن الكبيرة.

المفاعلات النووية

ما هي محطة الطاقة النووية؟ هذا هو في المقام الأول مفاعل نووي عامل. تتم عملية توليد الطاقة بداخله. يتم وضع FAs في مفاعل نووي، حيث تتفاعل نيوترونات اليورانيوم مع بعضها البعض، حيث تنقل الحرارة إلى الماء، وهكذا.

يوجد داخل مبنى مفاعل محدد الهياكل التالية: مصدر إمداد المياه، ومضخة، ومولد، وتوربين بخاري، ومكثف، وأجهزة نزع الهواء، وجهاز تنقية، وصمام، ومبادل حراري، والمفاعل نفسه، ومنظم الضغط.

تأتي المفاعلات في عدة أنواع، اعتمادًا على المادة التي تعمل كمهدئ ومبرد في الجهاز. من المرجح أن تحتوي محطة الطاقة النووية الحديثة على مفاعلات نيوترونية حرارية:

• الماء والماء (مع الماء العادي كمهدئ للنيوترونات ومبرد)؛
• ماء الجرافيت (المهدئ - الجرافيت، المبرد - الماء)؛
• غاز الجرافيت (المهدئ - الجرافيت، المبرد - الغاز)؛
• الماء الثقيل (المهدئ - الماء الثقيل، المبرد - الماء العادي).

كفاءة NPP وقوة NPP

تبلغ الكفاءة الإجمالية لمحطة الطاقة النووية (عامل الكفاءة) مع مفاعل الماء المضغوط حوالي 33%، مع مفاعل ماء الجرافيت - حوالي 40%، ومفاعل الماء الثقيل - حوالي 29%. تعتمد الجدوى الاقتصادية لمحطة الطاقة النووية على كفاءة المفاعل النووي، وكثافة الطاقة في قلب المفاعل، وعامل استخدام القدرة المركبة سنويًا، وما إلى ذلك.

أخبار الطاقة النووية – يعد العلماء بزيادة كفاءة محطات الطاقة النووية قريبًا بمقدار مرة ونصف، لتصل إلى 50٪. سيحدث هذا إذا كانت مجموعات الوقود، أو مجموعات الوقود، التي يتم وضعها مباشرة في مفاعل نووي، مصنوعة ليس من سبائك الزركونيوم، ولكن من مركب. وتتمثل مشاكل محطات الطاقة النووية اليوم في أن الزركونيوم ليس مقاومًا للحرارة بدرجة كافية، ولا يمكنه تحمل درجات حرارة وضغوط عالية جدًا، وبالتالي فإن كفاءة محطات الطاقة النووية منخفضة، في حين أن المركب يمكنه تحمل درجات حرارة تزيد عن ألف درجة مئوية.

وتجرى تجارب على استخدام المركب كقشرة لكريات اليورانيوم في الولايات المتحدة الأمريكية وفرنسا وروسيا. ويعمل العلماء على زيادة قوة المادة وإدخالها في الطاقة النووية.

ما هي محطة الطاقة النووية؟ محطات الطاقة النووية هي الطاقة الكهربائية في العالم. ويبلغ إجمالي القدرة الكهربائية لمحطات الطاقة النووية حول العالم 392.082 ميجاوات. تعتمد خصائص محطة الطاقة النووية في المقام الأول على قوتها. توجد أقوى محطة للطاقة النووية في العالم في فرنسا، وتبلغ قدرة محطة سيفو للطاقة النووية (كل وحدة) أكثر من ألف ونصف ميجاوات (ميجاواط). تتراوح طاقة محطات الطاقة النووية الأخرى من 12 ميجاوات في محطات الطاقة النووية الصغيرة (محطة بيليبينو للطاقة النووية، روسيا) إلى 1382 ميجاوات (محطة فلامانفيل النووية، فرنسا). وفي مرحلة البناء توجد مجمع فلامانفيل بقدرة 1650 ميجاوات، ومحطات الطاقة النووية شين كوري في كوريا الجنوبية بقدرة محطة طاقة نووية تبلغ 1400 ميجاوات.

تكلفة الطاقة النووية

محطة الطاقة النووية، ما هي؟ هذا مال كثير. يحتاج الناس اليوم إلى أي وسيلة لتوليد الكهرباء. يتم بناء محطات الطاقة المائية والحرارية والنووية في كل مكان في البلدان المتقدمة إلى حد ما. إن بناء محطة للطاقة النووية ليس عملية سهلة؛ فهو يتطلب نفقات كبيرة واستثمارات رأسمالية؛ وفي أغلب الأحيان، يتم سحب الموارد المالية من ميزانيات الدولة.

تشمل تكلفة محطة الطاقة النووية التكاليف الرأسمالية - نفقات إعداد الموقع، والبناء، وتشغيل المعدات (مبالغ التكاليف الرأسمالية باهظة، على سبيل المثال، يكلف مولد بخار واحد في محطة للطاقة النووية أكثر من 9 ملايين دولار). بالإضافة إلى ذلك، تتطلب محطات الطاقة النووية أيضًا تكاليف التشغيل، والتي تشمل شراء الوقود وتكاليف التخلص منه وما إلى ذلك.

ولأسباب عديدة، فإن التكلفة الرسمية لمحطة الطاقة النووية هي تقريبية فقط؛ واليوم تبلغ تكلفة محطة الطاقة النووية ما يقرب من 21 إلى 25 مليار يورو. إن بناء وحدة نووية واحدة من الصفر سيكلف حوالي 8 ملايين دولار. في المتوسط، تبلغ فترة الاسترداد لمحطة واحدة 28 عامًا، وعمر الخدمة 40 عامًا. كما ترون، فإن محطات الطاقة النووية هي متعة باهظة الثمن، ولكنها، كما اكتشفنا، ضرورية ومفيدة للغاية بالنسبة لي ولكم.