Schema di produzione della centrale nucleare. Principio di funzionamento di una centrale nucleare

Una centrale nucleare è un'impresa che è un insieme di attrezzature e strutture per la generazione di energia elettrica. La specificità di questa installazione risiede nel metodo di generazione del calore. La temperatura richiesta per generare elettricità deriva dal decadimento degli atomi.

Il ruolo di combustibile per le centrali nucleari è spesso svolto dall'uranio con un numero di massa pari a 235 (235U). È proprio perché questo elemento radioattivo è in grado di sostenere una reazione nucleare a catena che viene utilizzato nelle centrali nucleari e viene utilizzato anche nelle armi nucleari.

Paesi con il maggior numero di centrali nucleari

Oggi ci sono 192 centrali nucleari operative in 31 paesi in tutto il mondo, che utilizzano 451 reattori nucleari con una capacità totale di 394 GW. La stragrande maggioranza delle centrali nucleari si trova in Europa, Nord America, Estremo Oriente asiatico e nell’ex Unione Sovietica, mentre in Africa non ce ne sono quasi e in Australia e Oceania non ce ne sono affatto. Altri 41 reattori non producono elettricità da 1,5 a 20 anni, 40 dei quali situati in Giappone.

Negli ultimi 10 anni sono state messe in funzione 47 centrali in tutto il mondo, quasi tutte situate in Asia (26 in Cina) o nell'Europa dell'Est. Due terzi dei reattori attualmente in costruzione si trovano in Cina, India e Russia. La RPC sta attuando il più grande programma per la costruzione di nuove centrali nucleari; circa una dozzina di altri paesi in tutto il mondo stanno costruendo centrali nucleari o sviluppando progetti per la loro costruzione.

Oltre agli Stati Uniti, l’elenco dei Paesi più avanzati nel campo dell’energia nucleare comprende:

• Francia;
• Giappone;
• Russia;
• Corea del Sud.

Nel 2007, la Russia ha avviato la costruzione della prima centrale nucleare galleggiante al mondo, che risolverebbe il problema della carenza di energia nelle remote aree costiere del paese. La costruzione ha subito ritardi. Secondo varie stime, la prima centrale nucleare galleggiante entrerà in funzione nel 2019-2019.

Diversi paesi, tra cui Stati Uniti, Giappone, Corea del Sud, Russia, Argentina, stanno sviluppando mini centrali nucleari con una capacità di circa 10-20 MW allo scopo di fornire calore ed elettricità a singole industrie, complessi residenziali e nel settore futuro - case individuali. Si presume che i reattori di piccole dimensioni (vedi, ad esempio, Hyperion NPP) possano essere creati utilizzando tecnologie sicure che riducono notevolmente la possibilità di perdite nucleari. In Argentina è in corso la costruzione di un piccolo reattore CAREM25. La prima esperienza nell'uso delle minicentrali nucleari è stata acquisita dall'URSS (Bilibino NPP).

Principio di funzionamento delle centrali nucleari

Il principio di funzionamento di una centrale nucleare si basa sull'azione di un reattore nucleare (a volte chiamato atomico), una speciale struttura volumetrica in cui avviene la reazione della scissione degli atomi con il rilascio di energia.

Esistono diversi tipi di reattori nucleari:

1. PHWR (chiamato anche "reattore ad acqua pesante pressurizzata" - "reattore nucleare ad acqua pesante"), utilizzato principalmente in Canada e nelle città indiane. È a base di acqua, la cui formula è D2O. Funziona sia come refrigerante che come moderatore di neutroni. L'efficienza è vicina al 29%;
2. VVER (reattore di potenza raffreddato ad acqua). Attualmente, i VVER vengono utilizzati solo nella CSI, in particolare il modello VVER-100. Il reattore ha un'efficienza del 33%;
3. GCR, AGR (acqua di grafite). Il liquido contenuto in tale reattore funge da refrigerante. In questo progetto, il moderatore dei neutroni è la grafite, da cui il nome. L'efficienza è di circa il 40%.

In base al principio progettuale i reattori si dividono inoltre in:

• PWR (reattore ad acqua pressurizzata) - progettato in modo che l'acqua sotto una certa pressione rallenti le reazioni e fornisca calore;
• BWR (progettato in modo tale che vapore e acqua siano nella parte principale del dispositivo, senza avere un circuito idraulico);
• RBMK (reattore a canale di potenza particolarmente elevata);
• BN (il sistema funziona grazie al rapido scambio di neutroni).

Progettazione e struttura di una centrale nucleare. Come funziona una centrale nucleare?

Una tipica centrale nucleare è costituita da blocchi, ciascuno dei quali contiene vari dispositivi tecnici. La più significativa di queste unità è il complesso con la sala del reattore, che garantisce il funzionamento dell'intera centrale nucleare. È composto dai seguenti dispositivi:

• reattore;
• piscina (qui è dove viene immagazzinato il combustibile nucleare);
• macchine per il trasferimento di carburante;
• Sala di controllo (pannello di controllo in blocchi, con l'aiuto del quale gli operatori possono monitorare il processo di fissione del nucleo).

Questo edificio è seguito da una sala. Contiene generatori di vapore e la turbina principale. Immediatamente dietro di loro ci sono i condensatori e le linee di trasmissione elettrica che si estendono oltre i confini del territorio.

Tra le altre cose, c'è un blocco con vasche per il combustibile esaurito e blocchi speciali progettati per il raffreddamento (si chiamano torri di raffreddamento). Inoltre per il raffreddamento vengono utilizzate piscine nebulizzate e stagni naturali.

Principio di funzionamento delle centrali nucleari

In tutte le centrali nucleari, senza eccezioni, ci sono 3 fasi di conversione dell'energia elettrica:

• nucleare con transizione al termico;
• termico, trasformandosi in meccanico;
• meccanico, convertito in elettrico.

L'uranio emette neutroni, provocando il rilascio di calore in enormi quantità. L'acqua calda proveniente dal reattore viene pompata attraverso un generatore di vapore, dove cede parte del calore, e viene restituita al reattore. Quest'acqua, essendo ad alta pressione, rimane allo stato liquido (nei moderni reattori tipo VVER ci sono circa 160 atmosfere ad una temperatura di ~330 °C). Nel generatore di vapore, questo calore viene ceduto all'acqua del circuito secondario, che si trova a una pressione molto più bassa (metà della pressione del circuito primario o meno), e quindi bolle. Il vapore risultante entra in una turbina a vapore che fa ruotare un generatore elettrico, quindi in un condensatore, dove il vapore viene raffreddato, si condensa ed entra nuovamente nel generatore di vapore. Il condensatore viene raffreddato con acqua proveniente da una fonte d'acqua esterna aperta (ad esempio, uno stagno di raffreddamento).

Sia il primo che il secondo circuito sono chiusi, il che riduce la probabilità di perdite di radiazioni. Le dimensioni delle strutture del circuito primario sono ridotte al minimo, riducendo così anche i rischi di radiazioni. La turbina a vapore e il condensatore non interagiscono con l'acqua del circuito primario, il che facilita le riparazioni e riduce la quantità di rifiuti radioattivi durante lo smantellamento della stazione.

Meccanismi di protezione delle centrali nucleari

Tutte le centrali nucleari devono essere dotate di sistemi di sicurezza completi, ad esempio:

• localizzazione – limitazione della diffusione di sostanze nocive in caso di incidente con conseguente rilascio di radiazioni;
• fornitura – fornire una certa quantità di energia per il funzionamento stabile dei sistemi;
• gestori - servono a garantire che tutti i sistemi di protezione funzionino normalmente.

Inoltre, il reattore può essere spento in caso di emergenza. In questo caso, la protezione automatica interromperà le reazioni a catena se la temperatura nel reattore continua a salire. Questa misura richiederà successivamente seri lavori di ripristino per riportare il reattore in funzione.

Dopo un pericoloso incidente avvenuto nella centrale nucleare di Chernobyl, la cui causa era una progettazione imperfetta del reattore, hanno iniziato a prestare maggiore attenzione alle misure protettive e hanno anche svolto lavori di progettazione per garantire una maggiore affidabilità dei reattori.

Catastrofe del 21° secolo e sue conseguenze

Nel marzo 2011, un terremoto colpì il nord-est del Giappone, provocando uno tsunami che alla fine danneggiò 4 dei 6 reattori della centrale nucleare di Fukushima Daiichi.

Meno di due anni dopo la tragedia, il bilancio ufficiale delle vittime del disastro ha superato le 1.500 persone, mentre 20.000 persone risultano ancora disperse e altri 300.000 residenti sono stati costretti a lasciare le proprie case.

Ci sono state anche vittime che non sono riuscite a lasciare la scena a causa dell'enorme dose di radiazioni. Per loro è stata organizzata un'immediata evacuazione, durata 2 giorni.

Tuttavia, ogni anno, i metodi per prevenire gli incidenti nelle centrali nucleari e per neutralizzare le emergenze vengono migliorati: la scienza sta avanzando costantemente. Tuttavia, il futuro sarà chiaramente un momento in cui fioriranno metodi alternativi per generare elettricità - in particolare, è logico aspettarsi la comparsa nei prossimi 10 anni di giganteschi pannelli solari orbitali, cosa del tutto realizzabile in condizioni di gravità zero, così come altre, comprese le tecnologie rivoluzionarie nel settore energetico.

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L’uomo moderno non può immaginare la vita senza elettricità. Se l’erogazione di energia elettrica si interrompesse anche solo per poche ore, la vita della metropoli rimarrebbe paralizzata. Oltre il 90% dell'elettricità nella regione di Voronezh è generata dalla centrale nucleare di Novovoronezh. I corrispondenti della RIA Voronezh hanno visitato la centrale nucleare NV e hanno scoperto come l'energia nucleare viene convertita in elettricità.

Quando è apparsa la prima centrale nucleare?

Nel 1898, i famosi scienziati Marie Skłodowska-Curie e Pierre Curie scoprirono che la pechblenda, un minerale di uranio, era radioattivo e nel 1933 il fisico americano Leo Szilard avanzò per primo l'idea di una reazione nucleare a catena - un principio che, una volta messo in pratica in pratica, ha aperto la strada alla creazione dell’energia nucleare e delle armi. Inizialmente, l’energia atomica veniva utilizzata per scopi militari. Per la prima volta gli atomi iniziarono ad essere utilizzati per scopi pacifici nell'URSS. La prima centrale nucleare sperimentale al mondo con una capacità di soli 5 MW fu lanciata nel 1954 nella città di Obninsk, nella regione di Kaluga. L'esercizio della prima centrale nucleare sperimentale ha mostrato le sue promesse e la sua sicurezza. Durante il suo funzionamento non ci sono emissioni nocive nell’ambiente; a differenza delle centrali termiche, non sono necessarie grandi quantità di combustibile fossile. Oggi le centrali nucleari sono una delle fonti di energia più rispettose dell’ambiente.

Quando è stata costruita la centrale nucleare di Novovoronezh?

Costruzione della prima unità industriale della NV NPP

Per la prima volta, l’uso industriale dell’energia nucleare nell’Unione Sovietica iniziò nella centrale nucleare di Novovoronezh. Nel settembre 1964 fu lanciata la prima unità dell'NVNPP con reattore ad acqua pressurizzata (VVER), la cui potenza era di 210 MW, quasi 40 volte superiore a quella della prima centrale nucleare sperimentale. Questo modello di reattore è considerato uno dei più tecnicamente avanzati e sicuri al mondo. I prototipi di VVER per le centrali nucleari erano reattori sottomarini. Durante la costruzione della prima centrale della centrale nucleare di Novovoronezh non esistevano centri di formazione per specialisti in grado di far funzionare i reattori. I primi scienziati nucleari furono reclutati tra ex sommergibilisti.

Cinque unità di potenza sono state costruite e messe in funzione presso la centrale nucleare di Novovoronezh; oggi tre di esse sono in funzione; sono in corso la costruzione e la preparazione per il lancio di altre due nuove. Tutte le unità di potenza dell'NVNPP con reattori VVER.

Quanta energia produce una centrale nucleare?

La capacità delle centrali può variare da diverse unità a diverse migliaia di MW. Le centrali nucleari industriali sono molto potenti. La centrale nucleare di Novovoronezh fornisce circa il 90% del fabbisogno elettrico della regione di Voronezh e quasi il 90% del fabbisogno termico di Novovoronezh. La capacità totale delle centrali elettriche della centrale nucleare di Novoronezh è di 1800 MW. Il volume annuale di elettricità generata nella centrale nucleare è sufficiente per fornire all'impianto aeronautico di Voronezh 191 anni di funzionamento ininterrotto o per illuminare 650 edifici standard di nove piani. Dopo il lancio del sesto e del settimo propulsore, la capacità totale della centrale nucleare di Novovoronezh aumenterà di 2,23 volte. Quindi il volume annuale di energia generata dalla centrale nucleare sarà sufficiente a garantire il funzionamento delle ferrovie russe per più di 8 mesi.

Come funziona una centrale nucleare?

Unità di potenza n. 5 di NV NPP

L'energia in una centrale nucleare viene generata in un reattore. Il combustibile è l'uranio arricchito artificialmente sotto forma di compresse con un diametro di diversi millimetri. I pellet di uranio vengono posizionati negli elementi combustibili (elementi combustibili): si tratta di tubi cavi sigillati realizzati in zirconio resistente al calore. I gruppi di combustibile (FA) sono assemblati da barre di combustibile. Ci sono diverse centinaia di gruppi di combustibile nel nucleo VVER: in essi si verificano processi di fissione dei nuclei di uranio. Sono i gruppi di combustibile che trasferiscono energia, riscaldando il liquido di raffreddamento primario. La densità di neutroni nel reattore è la potenza del reattore ed è regolata dalla quantità di elementi contenenti boro assorbitore di neutroni introdotti nel nucleo (come un freno su un'auto). Per produrre energia elettrica nelle centrali nucleari, così come nelle unità termiche, viene utilizzata meno della metà del calore generato (legge della fisica); il restante calore del vapore scaricato nella turbina viene rilasciato nell’ambiente. Nelle prime unità della centrale nucleare di Novoronezh, l'acqua del fiume Don veniva utilizzata per rimuovere il calore. Per raffreddare il terzo e il quarto propulsore vengono utilizzate torri di raffreddamento: strutture in ferro e alluminio con un'altezza di circa 91 metri e un peso di 920 tonnellate, dove l'acqua circolante riscaldata viene raffreddata da un flusso d'aria. Per raffreddare il quinto propulsore è stato costruito un bacino di raffreddamento riempito con acqua circolante, la cui superficie viene utilizzata per rilasciare calore nell'ambiente. Quest'acqua non entra in contatto con l'acqua del circuito primario ed è completamente sicura. Il laghetto di raffreddamento è così pulito che nel 2010 ha ospitato una gara di pesca tutta russa. Per raffreddare l'acqua circolante nei blocchi 6 e 7, sono state costruite le torri di raffreddamento più alte della Russia, con un'altezza di 173 m, dalla cui sommità sono chiaramente visibili i sobborghi di Voronezh.

Come si trasforma l'energia nucleare in elettricità?

Nel nucleo VVER si verificano processi di fissione dei nuclei di uranio. In questo modo viene liberata un'enorme quantità di energia che riscalda l'acqua (liquido di raffreddamento) del circuito primario ad una temperatura di circa 300 °C. L'acqua non bolle perché è ad alta pressione (principio della pentola a pressione). Il liquido refrigerante primario è radioattivo e pertanto non esce dal circuito. Successivamente viene alimentata ai generatori di vapore, dove l'acqua del circuito secondario viene riscaldata e trasformata in vapore, e converte la sua energia in energia elettrica nella turbina.

Come arriva l'elettricità ai nostri appartamenti?

La corrente elettrica è il movimento ordinato e non compensato di particelle elettroniche libere caricate elettricamente sotto l'influenza di un campo elettrico. Una quantità colossale di energia con una tensione di 220 o 500 mila volt lascia una centrale nucleare attraverso i fili. Questa alta tensione è necessaria per ridurre le perdite durante le trasmissioni a lunga distanza. Tuttavia, questa tensione non è necessaria per il consumatore ed è molto pericolosa. Prima che la corrente elettrica entri nelle case, la tensione viene ridotta ai consueti 220 volt tramite trasformatori. Inserendo la spina di un elettrodomestico in una presa, lo si collega alla rete elettrica.

Quanto è sicura l’energia nucleare?

Stagno di raffreddamento della centrale nucleare di NV

Se gestita correttamente, una centrale nucleare è completamente sicura. Il fondo radioattivo in una zona di 30 km attorno alla centrale nucleare di Novoronezh è monitorato da 20 postazioni automatiche. Funzionano in modalità di misurazione continua. Nell'intera storia di funzionamento della stazione, la radiazione di fondo non ha mai superato i valori di fondo naturali. Ma l’energia nucleare presenta potenziali pericoli. Pertanto, ogni anno i sistemi di sicurezza nelle centrali nucleari diventano sempre più avanzati. Se per le prime generazioni di centrali nucleari (1.2 unità di potenza) i principali sistemi di sicurezza erano attivi, cioè dovevano essere avviati da una persona o da un'automazione, allora durante la progettazione di unità di generazione 3+ (6a e 7a centrale nucleare della Novovoronezh NPP), l'enfasi principale è posta sui sistemi di sicurezza passiva. In caso di una situazione potenzialmente pericolosa, funzioneranno da soli, obbedendo non a una persona o all'automazione, ma alle leggi della fisica. Ad esempio, quando si verifica un blackout in una centrale nucleare, gli organi protettivi, sotto l'influenza della gravità, cadranno spontaneamente nel nocciolo e spegneranno il reattore.

Il personale delle centrali nucleari si forma regolarmente per far fronte a vari tipi di emergenze. Le situazioni di emergenza vengono simulate su speciali simulatori a grandezza naturale: dispositivi computerizzati esteriormente indistinguibili dai pannelli di controllo. Il personale operativo che gestisce il reattore riceve ogni 5 anni una licenza da Rostekhnadzor per il diritto di condurre il processo tecnologico (controllo dell'unità NPP). La procedura è simile a quella per ottenere la patente di guida. Lo specialista supera gli esami teorici e dimostra abilità pratiche su un simulatore. Solo il personale in possesso di una licenza e aver superato gli esami NPP è autorizzato a utilizzare il reattore.

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Il principio di funzionamento di una centrale nucleare e delle centrali che bruciano combustibili convenzionali (carbone, gas, olio combustibile, torba) è lo stesso: grazie al calore generato, l'acqua viene convertita in vapore, che viene fornito sotto pressione alla turbina e lo ruota. La turbina, a sua volta, trasmette la rotazione a un generatore di corrente elettrica, che converte l'energia di rotazione meccanica in energia elettrica, cioè genera corrente. Nel caso delle centrali termoelettriche, la conversione dell'acqua in vapore avviene a causa dell'energia di combustione di carbone, gas, ecc., Nel caso delle centrali nucleari, a causa dell'energia di fissione del nucleo dell'uranio-235.

Per convertire l'energia della fissione nucleare in energia del vapore acqueo, vengono utilizzati vari tipi di impianti, chiamati reattori nucleari (impianti). L'uranio viene solitamente utilizzato sotto forma di biossido - U0 2.

L'ossido di uranio, come parte di strutture speciali, è posto in un moderatore, una sostanza, dopo l'interazione con la quale i neutroni perdono rapidamente energia (rallentano). Per questi scopi viene utilizzato acqua o grafite - Di conseguenza, i reattori sono chiamati acqua o grafite.

Per trasferire l'energia (in altre parole il calore) dal nucleo alla turbina viene utilizzato un liquido refrigerante: acqua, metallo liquido(ad esempio sodio) o gas(ad esempio aria o elio). Il refrigerante lava l'esterno delle strutture sigillate riscaldate, all'interno delle quali avviene una reazione di fissione. Di conseguenza, il liquido di raffreddamento si riscalda e, muovendosi attraverso tubi speciali, trasferisce energia (sotto forma del proprio calore). Il liquido di raffreddamento riscaldato viene utilizzato per creare vapore, che viene fornito alla turbina ad alta pressione.

Fig.G.1. Schema schematico di una centrale nucleare: 1 – reattore nucleare, 2 – pompa di circolazione, 3 – scambiatore di calore, 4 – turbina, 5 – generatore di corrente elettrica

Nel caso del gas refrigerante questa fase è assente e il gas riscaldato viene fornito direttamente alla turbina.

Nell'industria dell'energia nucleare russa (sovietica) si sono diffusi due tipi di reattori: il cosiddetto High Power Channel Reactor (RBMK) e il Water-Water Energy Reactor (WWER). Utilizzando RBKM come esempio, esaminiamo il principio di funzionamento di una centrale nucleare un po’ più in dettaglio.

RBMK

RBMK è una fonte di elettricità con una capacità di 1000 MW, che riflette il record RBMK-1000. Il reattore è collocato in un pozzo di cemento armato su un'apposita struttura di supporto. Intorno ad esso, sopra e sotto c'è protezione biologica(protezione dalle radiazioni ionizzanti). Il nocciolo del reattore è pieno muratura in grafite(cioè blocchi di grafite di dimensioni 25x25x50 cm piegati in un certo modo) di forma cilindrica. I fori verticali vengono realizzati lungo tutta l'altezza (Fig. G.2.). Contengono tubi metallici chiamati canali(da qui il nome “canale”). Nei canali sono installate strutture con combustibile (TVEL - elemento combustibile) o aste per il controllo del reattore. Si chiamano i primi canali del carburante, secondo - canali di controllo e protezione. Ciascun canale è una struttura sigillata indipendente. Il reattore è controllato immergendo nel canale barre che assorbono neutroni (a questo scopo vengono utilizzati materiali come cadmio, boro ed europio). Più in profondità tale asta entra nella zona attiva, più neutroni vengono assorbiti, quindi il numero di nuclei fissili diminuisce e il rilascio di energia diminuisce. Viene chiamato l'insieme dei meccanismi corrispondenti sistema di controllo e protezione (CPS).

Fig.G.2. Diagramma RBMK.

L'acqua viene fornita a ciascun canale del carburante dal basso, che viene fornita al reattore da una speciale pompa potente: si chiama così pompa di circolazione principale (MCP). Lavando il gruppo combustibile, l'acqua bolle e all'uscita del canale si forma una miscela acqua-vapore. Lei entra separatore a tamburo (BS)- un dispositivo che consente di separare (separare) il vapore secco dall'acqua. L’acqua separata viene rimandata al reattore dalla pompa di circolazione principale, chiudendo così il circuito “reattore - fusto-separatore - GNC” - reattore". È chiamato circuito a circolazione forzata multipla (MCPC). Ci sono due di questi circuiti nell'RBMK.

La quantità di ossido di uranio necessaria per il funzionamento dell'RBMK è di circa 200 tonnellate (il loro utilizzo rilascia la stessa energia che si otterrebbe bruciando circa 5 milioni di tonnellate di carbone). Il combustibile “funziona” nel reattore per 3-5 anni.

Il liquido refrigerante è dentro circuito chiuso, isolati dall'ambiente esterno, esclusa qualsiasi contaminazione significativa da radiazioni. Ciò è confermato dagli studi sulla situazione delle radiazioni attorno alle centrali nucleari, sia da parte degli stessi servizi delle centrali, sia da parte di autorità di regolamentazione, ambientalisti e organizzazioni internazionali.

L'acqua di raffreddamento proviene da un serbatoio vicino alla stazione. In questo caso l'acqua prelevata ha una temperatura naturale, mentre quella che entra nel serbatoio è circa 10°C più alta. Esistono rigide norme sulla temperatura di riscaldamento, che vengono ulteriormente rafforzate per tenere conto degli ecosistemi locali, ma il cosiddetto “inquinamento termico” di un corpo idrico è probabilmente il danno ambientale più significativo causato dalle centrali nucleari. Questo inconveniente non è fondamentale e insormontabile. Per evitarlo, insieme al raffreddamento degli stagni (o al posto di essi), Torri di raffreddamento Sono enormi strutture sotto forma di tubi conici di grande diametro. L'acqua di raffreddamento, dopo essersi riscaldata nel condensatore, viene fornita a numerosi tubi situati all'interno della torre di raffreddamento. Questi tubi sono dotati di piccoli fori attraverso i quali fuoriesce l'acqua, creando una “doccia gigante” all'interno della torre di raffreddamento. L'acqua in caduta viene raffreddata dall'aria atmosferica e raccolta sotto la torre di raffreddamento in una vasca, da dove viene prelevata per raffreddare il condensatore. Una nuvola bianca si forma sopra la torre di raffreddamento a causa dell'evaporazione dell'acqua.

Emissioni radioattive delle centrali nucleari 1-2 ordini al di sotto dei valori massimi ammissibili (ovvero accettabili e sicuri) e la concentrazione di radionuclidi nelle aree in cui sono ubicate le centrali nucleari milioni di volte inferiore alla concentrazione massima consentita e decine di migliaia di volte inferiore al livello naturale di radioattività.

I radionuclidi che entrano nel sistema operativo durante il funzionamento della centrale nucleare sono principalmente prodotti di fissione. La maggior parte di essi sono gas radioattivi inerti (IRG), che hanno brevi periodi metà vita e quindi non hanno un impatto notevole sull'ambiente (si disintegrano prima che abbiano il tempo di influenzare). Oltre ai prodotti di fissione, una parte delle emissioni è costituita da prodotti di attivazione (radionuclidi formati da atomi stabili sotto l'influenza dei neutroni). Significativi dal punto di vista dell'impatto delle radiazioni sono radionuclidi a vita lunga(DZN, principali radionuclidi che formano dosi - cesio-137, stronzio-90, cromo-51, manganese-54, cobalto-60) e radioisotopi dello iodio(principalmente iodio-131). Allo stesso tempo, la loro quota nelle emissioni delle centrali nucleari è estremamente insignificante e ammonta a millesimi di punto percentuale.

Alla fine del 1999, le emissioni di radionuclidi nelle centrali nucleari da gas radioattivi inerti non superavano il 2,8% dei valori consentiti per i reattori di uranio-grafite e lo 0,3% per VVER e BN. Per i radionuclidi a vita lunga, le emissioni non hanno superato l'1,5% delle emissioni consentite per i reattori uranio-grafite e lo 0,3% per VVER e BN, per lo iodio-131, rispettivamente 1,6% e 0,4%.

Un argomento importante a favore dell'energia nucleare è la compattezza del combustibile. Le stime arrotondate sono le seguenti: da 1 kg di legna da ardere si può produrre 1 kWh di elettricità, da 1 kg di carbone - 3 kWh, da 1 kg di petrolio - 4 kWh, da 1 kg di combustibile nucleare (uranio a basso arricchimento) -300.000 kW-h.

UN languida unità di potenza La capacità di 1 GW consuma circa 30 tonnellate di uranio a basso arricchimento all’anno (cioè circa un'auto all'anno). Per garantire un anno di funzionamento della stessa potenza centrale elettrica a carbone Sono necessari circa 3 milioni di tonnellate di carbone (ovvero circa cinque treni al giorno).

Rilasci di radionuclidi a vita lunga centrali elettriche a carbone o petrolio in media 20-50 (e secondo alcune stime 100) volte superiore a quello di una centrale nucleare di pari potenza.

Il carbone e altri combustibili fossili contengono potassio-40, uranio-238, torio-232, l'attività specifica di ciascuno dei quali varia da diverse unità a diverse centinaia di Bq/kg (e, di conseguenza, membri della loro serie radioattiva come il radio-226 , radio -228, piombo-210, polonio-210, radon-222 e altri radionuclidi). Isolati dalla biosfera nello spessore della roccia terrestre, quando carbone, petrolio e gas vengono bruciati, vengono rilasciati e rilasciati nell'atmosfera. Inoltre, questi sono principalmente i nuclidi alfa-attivi più pericolosi dal punto di vista della radiazione interna. E sebbene la radioattività naturale del carbone sia solitamente relativamente bassa, quantità il carburante bruciato per unità di energia prodotta è colossale.

Come risultato della dose di radiazioni alla popolazione che vive vicino a una centrale elettrica a carbone (con un grado di purificazione delle emissioni di fumo al livello del 98-99%) Di più superiore alla dose di radiazioni trasmessa alla popolazione nei pressi della centrale nucleare 3-5 volte.

Oltre alle emissioni in atmosfera, è necessario tenere conto che nei luoghi in cui si concentrano i rifiuti delle centrali a carbone si verifica un aumento significativo della radiazione di fondo, che può portare a dosi superiori a quelle massime consentite. Parte dell'attività naturale del carbone è concentrata nelle ceneri, che si accumulano in enormi quantità nelle centrali elettriche. Allo stesso tempo, nei campioni di cenere del deposito Kansko-Achinskoye si osservano livelli superiori a 400 Bq/kg. La radioattività delle ceneri volanti del carbone del Donbass supera i 1000 Bq/kg. E questi rifiuti non sono in alcun modo isolati dall’ambiente. La produzione di un GWh di elettricità dalla combustione del carbone rilascia centinaia di GBq di attività (principalmente alfa) nell’ambiente.

Concetti come "qualità della radiazione del petrolio e del gas" hanno iniziato ad attirare l'attenzione in tempi relativamente recenti, mentre il contenuto di radionuclidi naturali in essi contenuti (radio, torio e altri) può raggiungere valori significativi. Ad esempio, l'attività volumetrica del radon-222 nel gas naturale varia in media da 300 a 20.000 Bq/m 3 con valori massimi fino a 30.000-50.000 e la Russia ne produce quasi 600 miliardi di metri cubi all'anno.

Va comunque notato che le emissioni radioattive sia delle centrali nucleari che delle centrali termiche non portano a conseguenze evidenti per la salute pubblica. Anche per le centrali a carbone si tratta di un fattore ambientale di terza categoria, di importanza significativamente inferiore rispetto ad altri: emissioni chimiche e di aerosol, rifiuti, ecc.

APPENDICE H

La proposta di creare un reattore AM per una futura centrale nucleare fu espressa per la prima volta il 29 novembre 1949 in una riunione del direttore scientifico del progetto nucleare I.V. Kurchatov, direttore dell'Istituto per i problemi fisici A.P. Alexandrov, direttore di NIIkhimash N.A. Dollezhal e il segretario scientifico del consiglio scientifico e tecnico dell'industria B.S. Pozdnjakova. L'incontro raccomandò di includere nel piano di ricerca del PSU per il 1950 “un progetto di reattore che utilizzi uranio arricchito di piccole dimensioni solo per scopi energetici, con una potenza termica totale di 300 unità, una potenza effettiva di circa 50 unità” con grafite e refrigerante ad acqua. Allo stesso tempo, sono state date istruzioni per eseguire urgentemente calcoli fisici e studi sperimentali su questo reattore.

Successivamente I.V. Kurcatov e A.P. Zavenyagin ha spiegato la scelta del reattore AM per la costruzione prioritaria con il fatto che "in esso, più che in altre unità, si può utilizzare l'esperienza della pratica delle caldaie convenzionali: la relativa semplicità complessiva dell'unità rende la costruzione più semplice ed economica".

Durante questo periodo, le opzioni per l'utilizzo dei reattori di potenza vengono discusse a diversi livelli.

PROGETTO

Si è ritenuto opportuno iniziare con la creazione di un reattore per la centrale elettrica di una nave. Per giustificare il progetto di questo reattore e per “confermare in linea di principio... la possibilità pratica di convertire il calore delle reazioni nucleari degli impianti nucleari in energia meccanica ed elettrica”, si è deciso di costruirlo a Obninsk, sul territorio del Laboratorio “ B", una centrale nucleare con tre impianti di reattori, incluso l'impianto AM, che divenne il reattore della Prima Centrale Nucleare).

Con risoluzione del Consiglio dei ministri dell'URSS del 16 maggio 1950, la ricerca e sviluppo sull'AM fu affidata a LIPAN (Istituto I.V. Kurchatov), ​​NIIKhimmash, GSPI-11, VTI). Nel 1950 - inizio 1951 queste organizzazioni hanno effettuato calcoli preliminari (P.E. Nemirovsky, S.M. Feinberg, Yu.N. Zankov), studi di progettazione preliminare, ecc., quindi tutto il lavoro su questo reattore è stato, secondo la decisione di I.V. Kurchatov, trasferito al Laboratorio “B”. Nominato direttore scientifico, capo progettista - N.A. Dollezhal.

Il progetto prevedeva i seguenti parametri del reattore: potenza termica 30mila kW, potenza elettrica 5mila kW, tipo di reattore - reattore a neutroni termici con moderatore di grafite e raffreddamento ad acqua naturale.

A questo punto, il paese aveva già esperienza nella creazione di reattori di questo tipo (reattori industriali per la produzione di materiale bomba), ma differivano significativamente dai reattori di potenza, tra cui il reattore AM. Le difficoltà erano legate alla necessità di ottenere elevate temperature del liquido di raffreddamento nel reattore AM, il che significava che sarebbe stato necessario cercare nuovi materiali e leghe in grado di resistere a queste temperature, resistenti alla corrosione, non assorbire neutroni in grandi quantità, ecc. Per i promotori della costruzione di centrali nucleari con reattore AM Questi problemi erano evidenti fin dall'inizio, la domanda era quanto velocemente e con quanto successo avrebbero potuto essere superati.

CALCOLI E STAND

Quando il lavoro sull’AM fu trasferito al Laboratorio “B”, il progetto era stato definito solo in termini generali. Restavano molti problemi fisici, tecnici e tecnologici da risolvere, e il loro numero aumentò con il progredire dei lavori sul reattore.

Si trattava innanzitutto dei calcoli fisici del reattore, che dovevano essere eseguiti senza disporre di molti dei dati necessari a tal fine. Nel Laboratorio “B” alcuni problemi della teoria dei reattori a neutroni termici furono affrontati da D.F. Zaretsky, e i calcoli principali furono effettuati dal gruppo di M.E. Minashin nel dipartimento di A.K. Krasina. ME. Minashin era particolarmente preoccupato per la mancanza di valori precisi per molte costanti. È stato difficile organizzare la misurazione sul posto. Su sua iniziativa, alcuni di essi sono stati gradualmente reintegrati, principalmente grazie alle misurazioni effettuate dal LIPAN e da alcuni nel Laboratorio “B”, ma in generale non è stato possibile garantire l'elevata precisione dei parametri calcolati. Pertanto, tra la fine di febbraio e l'inizio di marzo del 1954 fu allestito lo stand dell'AMF, l'assemblaggio critico del reattore AM, che confermò la qualità soddisfacente dei calcoli. E sebbene l'assemblaggio non sia riuscito a riprodurre tutte le condizioni di un vero reattore, i risultati hanno supportato la speranza di successo, anche se rimanevano molti dubbi.

In questo stand, il 3 marzo 1954, fu effettuata per la prima volta a Obninsk una reazione a catena della fissione dell'uranio.

Ma, tenendo conto che i dati sperimentali venivano costantemente perfezionati, la metodologia di calcolo veniva migliorata e, fino al lancio del reattore, lo studio della quantità di combustibile caricato nel reattore, il comportamento del reattore in condizioni non -sono proseguite le modalità standard, sono stati calcolati i parametri delle aste assorbitrici, ecc.

CREAZIONE DI ELEMENTI COMBUSTIBILE

Un altro compito importante - la creazione di un elemento combustibile (elemento combustibile) - è stato brillantemente gestito da V.A. Malykh e il team del dipartimento tecnologico del Laboratorio “B”. Diverse organizzazioni correlate furono coinvolte nello sviluppo delle barre combustibili, ma solo l'opzione proposta da V.A. Piccolo, ha mostrato prestazioni elevate. La ricerca progettuale fu completata alla fine del 1952 con lo sviluppo di un nuovo tipo di elemento combustibile (con una composizione in dispersione di granuli di uranio-molibdeno in una matrice di magnesio).

Questo tipo di elemento combustibile ha permesso di respingerli durante i test pre-reattore (per questo sono stati creati supporti speciali nel Laboratorio “B”), il che è molto importante per garantire un funzionamento affidabile del reattore. La stabilità del nuovo elemento combustibile in un flusso di neutroni è stata studiata al LIPAN nel reattore MR. I canali di lavoro del reattore sono stati sviluppati a NIIKhimmash.

Pertanto, per la prima volta nel nostro paese, è stato risolto forse il problema più importante e più difficile dell'industria emergente dell'energia nucleare: la creazione di un elemento combustibile.

COSTRUZIONE

Nel 1951, contemporaneamente all'inizio dei lavori di ricerca sul reattore AM nel Laboratorio “B”, sul suo territorio iniziò la costruzione di un edificio per una centrale nucleare.

PI è stato nominato capo della costruzione. Zakharov, ingegnere capo dell'impianto - .

Come ha ricordato D.I Blokhintsev, “l’edificio della centrale nucleare nelle sue parti più importanti aveva spessi muri realizzati in monolite di cemento armato per fornire protezione biologica dalle radiazioni nucleari. Nelle pareti sono state posate tubazioni, canali per cavi, per la ventilazione, ecc. È chiaro che eventuali modifiche erano impossibili e quindi, in fase di progettazione dell'edificio, ove possibile, si è provveduto ad accogliere le modifiche previste. Per sviluppare nuovi tipi di apparecchiature e svolgere lavori di ricerca, sono stati affidati incarichi scientifici e tecnici a "organizzazioni di terze parti": istituti, uffici di progettazione e imprese. Spesso questi compiti stessi non potevano essere completati e venivano chiariti e integrati man mano che la progettazione procedeva. Le principali soluzioni ingegneristiche e progettuali... sono state sviluppate dal team di progettazione guidato da N.A. Dollezhal e il suo più stretto assistente P.I. Aleshchenkov..."

Lo stile di lavoro per la costruzione della prima centrale nucleare è stato caratterizzato da un rapido processo decisionale, velocità di sviluppo, una certa profondità sviluppata di studi iniziali e metodi per finalizzare le soluzioni tecniche adottate, un'ampia copertura di varianti e aree assicurative. La prima centrale nucleare è stata creata in tre anni.

INIZIO

All'inizio del 1954 iniziarono i test e i test di vari sistemi di stazioni.

Il 9 maggio 1954 nel Laboratorio "B" iniziò il caricamento del nocciolo del reattore della centrale nucleare con i canali del carburante. Quando si è introdotto il 61esimo canale del carburante, lo stato critico è stato raggiunto alle 19:40. Nel reattore è iniziata una reazione a catena autosufficiente di fissione dei nuclei di uranio. Ha avuto luogo l'avvio fisico della centrale nucleare.

Ricordando il lancio, ha scritto: “A poco a poco, la potenza del reattore è aumentata e, infine, da qualche parte vicino all'edificio della centrale termica, dove veniva fornito il vapore del reattore, abbiamo visto un getto fuoriuscire dalla valvola con un forte sibilo. La nuvola bianca di vapore normale, che non era ancora abbastanza calda per far girare la turbina, ci è sembrata un miracolo: dopo tutto, questo è stato il primo vapore prodotto dall'energia atomica. La sua apparizione è stata motivo di abbracci, congratulazioni per il “buon vapore” e persino lacrime di gioia. La nostra gioia è stata condivisa da I.V. Kurchatov, che in quei giorni prese parte ai lavori. Dopo aver ricevuto vapore con una pressione di 12 atm. e ad una temperatura di 260 °C divenne possibile studiare tutti i componenti della centrale nucleare in condizioni vicine a quelle di progetto, e il 26 giugno 1954, durante il turno serale, alle 17:00. Dopo 45 minuti, la valvola di alimentazione del vapore al turbogeneratore fu aperta e iniziò a generare elettricità dalla caldaia nucleare. La prima centrale nucleare al mondo è stata sottoposta a carico industriale”.

“Nell’Unione Sovietica, grazie agli sforzi di scienziati e ingegneri, sono stati completati con successo i lavori per la progettazione e la costruzione della prima centrale nucleare industriale con una capacità utile di 5000 kilowatt. Il 27 giugno la centrale nucleare è stata messa in funzione e ha fornito elettricità all’industria e all’agricoltura nelle zone circostanti”.

Ancor prima dell'avvio, fu preparato il primo programma di lavoro sperimentale presso il reattore AM, e fino alla chiusura della stazione fu una delle principali basi del reattore dove si svolgevano ricerche sulla fisica dei neutroni, ricerche sulla fisica dello stato solido, test sulle barre di combustibile , EGC, produzione di prodotti isotopici, ecc .. Nella centrale nucleare furono addestrati gli equipaggi dei primi sottomarini nucleari, del rompighiaccio nucleare "Lenin" e il personale delle centrali nucleari sovietiche e straniere.

Il lancio della centrale nucleare per il giovane staff dell'istituto è diventato il primo test di preparazione per risolvere problemi nuovi e più complessi. Nei primi mesi di lavoro sono state messe a punto le singole unità e i sistemi, sono state studiate nel dettaglio le caratteristiche fisiche del reattore, le condizioni termiche delle apparecchiature e dell'intera stazione, sono stati modificati e corretti vari dispositivi. Nell'ottobre 1954 la stazione fu portata alla sua capacità progettuale.

“Londra, 1 luglio (TASS). L’annuncio del lancio della prima centrale nucleare industriale nell’URSS ha avuto ampia risonanza sulla stampa inglese; il corrispondente da Mosca del Daily Worker scrive che questo evento storico “ha un significato incommensurabilmente maggiore dello sgancio della prima bomba atomica su Hiroshima .

Parigi, 1 luglio (TASS). Il corrispondente londinese dell'Agence France-Presse riferisce che l'annuncio dell'avvio della prima centrale industriale al mondo alimentata dall'energia nucleare nell'URSS ha suscitato grande interesse negli ambienti londinesi degli specialisti nucleari. L'Inghilterra, continua il corrispondente, sta costruendo una centrale nucleare a Calderhall. Si ritiene che potrà entrare in servizio non prima di 2,5 anni...

Shanghai, 1 luglio (TASS). In risposta alla messa in servizio di una centrale nucleare sovietica, la radio di Tokyo riferisce: Anche gli Stati Uniti e l'Inghilterra stanno pianificando la costruzione di centrali nucleari, ma prevedono di completarle nel 1956-1957. Il fatto che l’Unione Sovietica fosse in vantaggio rispetto all’Inghilterra e all’America nell’uso dell’energia atomica per scopi pacifici suggerisce che gli scienziati sovietici abbiano ottenuto un grande successo nel campo dell’energia atomica. Uno degli eminenti specialisti giapponesi nel campo della fisica nucleare, il professor Yoshio Fujioka, commentando l'annuncio del lancio di una centrale nucleare nell'URSS, ha affermato che questo è l'inizio di una "nuova era".

Il 10,7% della produzione mondiale di elettricità ogni anno proviene da centrali nucleari. Insieme alle centrali termiche e alle centrali idroelettriche, lavorano per fornire all'umanità luce e calore, consentire loro di utilizzare apparecchi elettrici e rendere la nostra vita più comoda e semplice. Si dà il caso che oggi le parole “centrale nucleare” siano associate a disastri ed esplosioni globali. La gente comune non ha la minima idea del funzionamento di una centrale nucleare e della sua struttura, ma anche i più non illuminati hanno sentito parlare e sono spaventati dagli incidenti di Chernobyl e Fukushima.

Cos’è una centrale nucleare? Come funzionano? Quanto sono pericolose le centrali nucleari? Non credere alle voci e ai miti, scopriamolo!

Cos’è una centrale nucleare?

Il 16 luglio 1945, l’energia fu estratta per la prima volta da un nucleo di uranio in un sito di test militare negli Stati Uniti. La potente esplosione di una bomba atomica, che causò un numero enorme di vittime, divenne il prototipo di una fonte di elettricità moderna e assolutamente pacifica.

L'elettricità fu prodotta per la prima volta utilizzando un reattore nucleare il 20 dicembre 1951 nello stato dell'Idaho, negli Stati Uniti. Per verificarne la funzionalità, il generatore è stato collegato a 4 lampade ad incandescenza; inaspettatamente per tutti, le lampade si sono accese. Da quel momento in poi l’umanità cominciò a utilizzare l’energia di un reattore nucleare per produrre elettricità.

La prima centrale nucleare del mondo fu inaugurata a Obninsk, nell'URSS, nel 1954. La sua potenza era di soli 5 megawatt.

Cos’è una centrale nucleare? Una centrale nucleare è un impianto nucleare che produce energia utilizzando un reattore nucleare. Un reattore nucleare funziona con combustibile nucleare, molto spesso uranio.

Il principio di funzionamento di un impianto nucleare si basa sulla reazione di fissione dei neutroni di uranio, che, scontrandosi tra loro, si dividono in nuovi neutroni, che, a loro volta, si scontrano e anche si fissano. Questa reazione è chiamata reazione a catena ed è alla base dell’energia nucleare. L'intero processo genera calore, che riscalda l'acqua fino a raggiungere uno stato rovente (320 gradi Celsius). Quindi l'acqua si trasforma in vapore, il vapore fa girare la turbina, aziona un generatore elettrico che produce elettricità.

La costruzione delle centrali nucleari oggi avviene a un ritmo rapido. La ragione principale dell’aumento del numero di centrali nucleari nel mondo sono le riserve limitate di combustibile organico; in poche parole, le riserve di gas e petrolio si stanno esaurendo, sono necessarie per le esigenze industriali e municipali, e quelle di uranio e plutonio, che fungono da combustibile per le centrali nucleari, sono necessari in piccole quantità; le loro riserve sono ancora sufficienti.

Cos’è una centrale nucleare? Non è solo elettricità e calore. Oltre alla produzione di elettricità, le centrali nucleari vengono utilizzate anche per la desalinizzazione dell’acqua. Ad esempio, esiste una centrale nucleare del genere in Kazakistan.

Quale combustibile viene utilizzato nelle centrali nucleari?

In pratica, le centrali nucleari possono utilizzare diverse sostanze in grado di generare elettricità nucleare; i combustibili delle moderne centrali nucleari sono l’uranio, il torio e il plutonio.

Il combustibile torio non è attualmente utilizzato nelle centrali nucleari, Perché è più difficile convertirlo in elementi combustibili, o barre di combustibile in breve.

Le barre di combustibile sono tubi metallici posizionati all'interno di un reattore nucleare. All'interno delle barre di combustibile sono presenti sostanze radioattive. Questi tubi possono essere chiamati impianti di stoccaggio del combustibile nucleare. La seconda ragione per il raro utilizzo del torio è la sua lavorazione complessa e costosa dopo l’uso nelle centrali nucleari.

Anche il combustibile al plutonio non viene utilizzato nell'ingegneria dell'energia nucleare, perché questa sostanza ha una composizione chimica molto complessa, che ancora non hanno imparato ad usare correttamente.

Combustibile all'uranio

La sostanza principale che produce energia nelle centrali nucleari è l'uranio. Oggi l'uranio viene estratto in tre modi: miniere a cielo aperto, miniere chiuse e lisciviazione sotterranea, mediante perforazione di miniere. L'ultimo metodo è particolarmente interessante. Per estrarre l'uranio mediante lisciviazione, una soluzione di acido solforico viene versata in pozzi sotterranei, viene saturata con uranio e pompata all'esterno.

Le più grandi riserve di uranio del mondo si trovano in Australia, Kazakistan, Russia e Canada. I giacimenti più ricchi si trovano in Canada, Zaire, Francia e Repubblica Ceca. In questi paesi, da una tonnellata di minerale si ottengono fino a 22 chilogrammi di materia prima di uranio. Per fare un confronto, in Russia da una tonnellata di minerale si ottiene poco più di un chilogrammo e mezzo di uranio.

I siti minerari di uranio non sono radioattivi. Nella sua forma pura, questa sostanza è poco pericolosa per l'uomo, un pericolo molto maggiore è il gas radioattivo incolore radon, che si forma durante il decadimento naturale dell'uranio.

L'uranio non può essere utilizzato sotto forma di minerale nelle centrali nucleari; non può produrre alcuna reazione. Innanzitutto, le materie prime dell'uranio vengono trasformate in polvere: ossido di uranio, e solo dopo diventa combustibile di uranio. La polvere di uranio viene trasformata in "compresse" di metallo: viene pressata in piccole fiasche pulite, che vengono cotte per 24 ore a temperature mostruosamente elevate di oltre 1500 gradi Celsius. Sono questi pellet di uranio che entrano nei reattori nucleari, dove iniziano a interagire tra loro e, alla fine, a fornire elettricità alle persone.
Circa 10 milioni di pellet di uranio lavorano contemporaneamente in un reattore nucleare.
Naturalmente i pellet di uranio non vengono semplicemente gettati nel reattore. Sono posizionati in tubi metallici realizzati con leghe di zirconio - barre di combustibile, i tubi sono collegati tra loro in fasci e formano gruppi di combustibile - gruppi di combustibile. È l'FA che può essere giustamente chiamato combustibile per centrali nucleari.

Ritrattamento del combustibile delle centrali nucleari

Dopo circa un anno di utilizzo, l’uranio nei reattori nucleari deve essere sostituito. Gli elementi combustibili vengono raffreddati per diversi anni e inviati alla triturazione e dissoluzione. Come risultato dell'estrazione chimica, vengono rilasciati uranio e plutonio, che vengono riutilizzati e utilizzati per produrre nuovo combustibile nucleare.

I prodotti di decadimento dell'uranio e del plutonio vengono utilizzati per produrre sorgenti di radiazioni ionizzanti. Sono utilizzati in medicina e nell'industria.

Tutto ciò che rimane dopo queste manipolazioni viene inviato a un forno caldo e dai resti viene ricavato il vetro, che viene poi immagazzinato in appositi impianti di stoccaggio. Perché il vetro? Sarà molto difficile rimuovere i resti di elementi radioattivi che possono danneggiare l'ambiente.

Novità sulle centrali nucleari: recentemente è apparso un nuovo metodo per lo smaltimento dei rifiuti radioattivi. Sono stati creati i cosiddetti reattori nucleari veloci o reattori a neutroni veloci, che funzionano con residui di combustibile nucleare riciclato. Secondo gli scienziati, i resti del combustibile nucleare, attualmente immagazzinati negli impianti di stoccaggio, sono in grado di fornire combustibile per i reattori a neutroni veloci per 200 anni.

Inoltre, i nuovi reattori veloci possono funzionare con combustibile a base di uranio, composto da uranio 238; questa sostanza non viene utilizzata nelle centrali nucleari convenzionali, perché È più facile per le centrali nucleari di oggi trattare l’uranio 235 e 233, di cui è rimasto poco in natura. Pertanto, i nuovi reattori offrono l’opportunità di utilizzare enormi giacimenti di uranio 238, che nessuno aveva mai utilizzato prima.

Come si costruisce una centrale nucleare?

Cos’è una centrale nucleare? Cos'è questo miscuglio di edifici grigi che la maggior parte di noi ha visto solo in TV? Quanto sono durevoli e sicure queste strutture? Qual è la struttura di una centrale nucleare? Al centro di ogni centrale nucleare c'è l'edificio del reattore, accanto ad esso si trova la sala turbine e l'edificio di sicurezza.

La costruzione di centrali nucleari viene effettuata in conformità con regolamenti, regolamenti e requisiti di sicurezza per gli impianti che lavorano con sostanze radioattive. Una centrale nucleare è un oggetto strategico a tutti gli effetti dello Stato. Pertanto, lo spessore delle pareti e delle strutture di rinforzo in cemento armato nell'edificio del reattore è molte volte maggiore di quello delle strutture standard. Pertanto, i locali delle centrali nucleari possono resistere a terremoti di magnitudo 8, tornado, tsunami, tornado e incidenti aerei.

L'edificio del reattore è coronato da una cupola protetta da muri di cemento interni ed esterni. Il muro interno di cemento è ricoperto da una lamiera di acciaio, che in caso di incidente dovrebbe creare uno spazio aereo chiuso e non rilasciare sostanze radioattive nell'aria.

Ogni centrale nucleare ha la propria piscina di raffreddamento. Lì vengono collocate le compresse di uranio che hanno già esaurito la loro vita utile. Dopo che il combustibile di uranio viene rimosso dal reattore, rimane estremamente radioattivo, quindi affinché le reazioni all'interno delle barre di combustibile smettano di verificarsi, devono essere necessari dai 3 ai 10 anni (a seconda della progettazione del reattore in cui si trovava il combustibile). Nelle piscine di raffreddamento, i pellet di uranio si raffreddano e al loro interno smettono di verificarsi reazioni.

Lo schema tecnologico di una centrale nucleare, o in parole povere, lo schema di progetto delle centrali nucleari è di diversi tipi, così come le caratteristiche di una centrale nucleare e lo schema termico di una centrale nucleare, dipende dalla tipologia del reattore nucleare utilizzato nel processo di generazione di elettricità.

Centrale nucleare galleggiante

Sappiamo già cos'è una centrale nucleare, ma gli scienziati russi hanno avuto l'idea di prendere una centrale nucleare e renderla mobile. Ad oggi il progetto è quasi completato. Questo progetto è stato chiamato centrale nucleare galleggiante. Secondo il piano, la centrale nucleare galleggiante sarà in grado di fornire elettricità a una città con una popolazione fino a duecentomila persone. Il suo principale vantaggio è la possibilità di spostarsi via mare. La costruzione di una centrale nucleare in grado di muoversi è attualmente in corso solo in Russia.

La notizia della centrale nucleare è l'imminente lancio della prima centrale nucleare galleggiante al mondo, progettata per fornire energia alla città portuale di Pevek, situata nell'Okrug autonomo di Chukotka in Russia. La prima centrale nucleare galleggiante si chiama "Akademik Lomonosov", una mini centrale nucleare è in costruzione a San Pietroburgo e il suo lancio è previsto nel 2016-2019. La presentazione della centrale nucleare galleggiante è avvenuta nel 2015, poi i costruttori hanno presentato un progetto quasi finito per la centrale nucleare galleggiante.

La centrale nucleare galleggiante è progettata per fornire elettricità alle città più remote con accesso al mare. Il reattore nucleare Akademik Lomonosov non è potente come quello delle centrali nucleari terrestri, ma ha una durata di servizio di 40 anni, il che significa che gli abitanti della piccola Pevek non soffriranno di mancanza di elettricità per quasi mezzo secolo.

Una centrale nucleare galleggiante può essere utilizzata non solo come fonte di calore ed elettricità, ma anche per la desalinizzazione dell'acqua. Secondo i calcoli può produrre dai 40 ai 240 metri cubi di acqua dolce al giorno.
Il costo del primo blocco di una centrale nucleare galleggiante ammontava a 16 miliardi e mezzo di rubli; come vediamo, la costruzione di centrali nucleari non è un piacere a buon mercato.

Sicurezza delle centrali nucleari

Dopo il disastro di Chernobyl nel 1986 e l’incidente di Fukushima nel 2011, le parole “centrale nucleare” provocano paura e panico nelle persone. In effetti, le moderne centrali nucleari sono dotate della tecnologia più recente, sono state sviluppate norme di sicurezza speciali e, in generale, la protezione delle centrali nucleari è composta da 3 livelli:

Al primo livello deve essere garantito il normale funzionamento della centrale nucleare. La sicurezza di una centrale nucleare dipende in gran parte dalla corretta ubicazione della centrale nucleare, da una progettazione ben realizzata e dal rispetto di tutte le condizioni durante la costruzione dell'edificio. Tutto deve essere conforme alle norme, alle istruzioni e ai piani di sicurezza.

Al secondo livello è importante evitare che il normale funzionamento della centrale nucleare si trasformi in una situazione di emergenza. A questo scopo esistono dispositivi speciali che monitorano la temperatura e la pressione nei reattori e segnalano i minimi cambiamenti nelle letture.

Se il primo e il secondo livello di protezione non funzionano, viene utilizzato il terzo, una risposta diretta a una situazione di emergenza. I sensori rilevano l'incidente e reagiscono da soli: i reattori vengono spenti, le sorgenti di radiazioni vengono localizzate, il nucleo viene raffreddato e l'incidente viene segnalato.

Naturalmente una centrale nucleare richiede un'attenzione particolare al sistema di sicurezza, sia in fase di costruzione che in fase di esercizio. Il mancato rispetto di norme severe può avere conseguenze molto gravi, ma oggi la maggior parte della responsabilità per la sicurezza delle centrali nucleari ricade sui sistemi informatici, ed il fattore umano è quasi completamente escluso. Tenendo conto dell'elevata precisione delle macchine moderne, puoi essere sicuro della sicurezza delle centrali nucleari.

Gli esperti assicurano che è impossibile ricevere una grande dose di radiazioni radioattive nelle moderne centrali nucleari stabilmente funzionanti o nelle vicinanze di esse. Anche i lavoratori delle centrali nucleari, che, tra l'altro, misurano il livello di radiazioni ricevute ogni giorno, non sono esposti a più radiazioni dei normali residenti delle grandi città.

Reattori nucleari

Cos’è una centrale nucleare? Questo è principalmente un reattore nucleare funzionante. Al suo interno avviene il processo di generazione dell’energia. Gli FA vengono collocati in un reattore nucleare, dove i neutroni di uranio reagiscono tra loro, dove trasferiscono calore all'acqua e così via.

All'interno di uno specifico edificio del reattore sono presenti le seguenti strutture: una fonte di approvvigionamento idrico, una pompa, un generatore, una turbina a vapore, un condensatore, disaeratori, un depuratore, una valvola, uno scambiatore di calore, il reattore stesso e un regolatore di pressione.

I reattori sono disponibili in diversi tipi, a seconda della sostanza che funge da moderatore e refrigerante nel dispositivo. È molto probabile che una moderna centrale nucleare avrà reattori a neutroni termici:

• acqua-acqua (con l'acqua ordinaria sia come moderatore di neutroni che come refrigerante);
• grafite-acqua (moderatore - grafite, refrigerante - acqua);
• grafite-gas (moderatore – grafite, refrigerante – gas);
• acqua pesante (moderatore - acqua pesante, refrigerante - acqua normale).

Efficienza e potenza della centrale nucleare

L'efficienza complessiva di una centrale nucleare (fattore di efficienza) con un reattore ad acqua pressurizzata è di circa il 33%, con un reattore ad acqua di grafite - circa il 40% e un reattore ad acqua pesante - circa il 29%. La redditività economica di una centrale nucleare dipende dall’efficienza del reattore nucleare, dall’intensità energetica del nocciolo del reattore, dal fattore di utilizzo della capacità installata per anno, ecc.

Novità sulle centrali nucleari – gli scienziati promettono di aumentare presto l’efficienza delle centrali nucleari di una volta e mezza, fino al 50%. Ciò accadrà se i gruppi di combustibile, o i gruppi di combustibile, che vengono inseriti direttamente in un reattore nucleare, non sono realizzati con leghe di zirconio, ma con un composito. I problemi delle centrali nucleari oggi sono che lo zirconio non è abbastanza resistente al calore, non può sopportare temperature e pressioni molto elevate, quindi l’efficienza delle centrali nucleari è bassa, mentre il composito può resistere a temperature superiori ai mille gradi Celsius.

Negli Stati Uniti, in Francia e in Russia si stanno conducendo esperimenti sull'utilizzo del composito come guscio per pellet di uranio. Gli scienziati stanno lavorando per aumentare la resistenza del materiale e la sua introduzione nell'energia nucleare.

Cos’è una centrale nucleare? Le centrali nucleari rappresentano l’energia elettrica mondiale. La capacità elettrica totale delle centrali nucleari nel mondo è di 392.082 MW. Le caratteristiche di una centrale nucleare dipendono principalmente dalla sua potenza. La centrale nucleare più potente del mondo si trova in Francia; la capacità della centrale nucleare di Sivo (ogni unità) è di oltre mille e mezzo MW (megawatt). La potenza di altre centrali nucleari varia da 12 MW nelle centrali mininucleari (Bilibino NPP, Russia) a 1382 MW (centrale nucleare di Flanmanville, Francia). In fase di costruzione ci sono il blocco di Flamanville con una capacità di 1650 MW e le centrali nucleari Shin-Kori della Corea del Sud con una capacità di 1400 MW.

Costo della centrale nucleare

Centrale nucleare, di cosa si tratta? Sono molti soldi. Oggi le persone hanno bisogno di qualsiasi mezzo per generare elettricità. Ovunque, nei paesi più o meno sviluppati, vengono costruite centrali idriche, termiche e nucleari. La costruzione di una centrale nucleare non è un processo facile; richiede grandi spese e investimenti di capitale; molto spesso, le risorse finanziarie provengono dai bilanci statali.

Il costo di una centrale nucleare comprende i costi di capitale: spese per la preparazione del sito, la costruzione, la messa in funzione delle attrezzature (gli importi dei costi di capitale sono proibitivi, ad esempio un generatore di vapore in una centrale nucleare costa più di 9 milioni di dollari). Inoltre, le centrali nucleari richiedono anche costi operativi, che comprendono l’acquisto del combustibile, i costi per il suo smaltimento, ecc.

Per molte ragioni, il costo ufficiale di una centrale nucleare è solo approssimativo; oggi una centrale nucleare costerà circa 21-25 miliardi di euro. Costruire un’unità nucleare da zero costerà circa 8 milioni di dollari. In media, il periodo di ammortamento per una stazione è di 28 anni, la durata di servizio è di 40 anni. Come puoi vedere, le centrali nucleari sono un piacere piuttosto costoso, ma, come abbiamo scoperto, incredibilmente necessarie e utili per te e per me.