نیروگاه های هسته ای. نیروگاه های هسته ای اوکراین نیروگاه های هسته ای در روسیه

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

نیازهای انرژی مدرن بشر با سرعتی عظیم در حال رشد است. مصرف آن برای روشنایی شهرها، برای نیازهای صنعتی و سایر نیازهای اقتصاد ملی در حال افزایش است. بر این اساس، دوده بیش از پیش از سوختن زغال سنگ و نفت کوره در جو منتشر می شود و اثر گلخانه ای افزایش می یابد. علاوه بر این، در سال‌های اخیر بیشتر و بیشتر در مورد معرفی خودروهای برقی صحبت شده است که به افزایش مصرف برق نیز کمک می‌کند.

متأسفانه، نیروگاه های سازگار با محیط زیست قادر به پوشش چنین نیازهای عظیمی نیستند و افزایش بیشتر در تعداد نیروگاه های حرارتی و نیروگاه های حرارتی به سادگی توصیه نمی شود. در این صورت چه باید کرد؟ و چیز زیادی برای انتخاب وجود ندارد: نیروگاه های هسته ای، اگر به درستی کار کنند، راهی عالی برای خروج از بن بست انرژی هستند.

با وجود آنچه در چرنوبیل اتفاق افتاد، حتیبا توجه به شکست‌های اخیر ژاپنی‌ها، دانشمندان در سراسر جهان تشخیص می‌دهند که اتم صلح‌آمیز تنها راه‌حل برای نزدیک شدن به بحران انرژی امروز است. منابع انرژی جایگزین که به طور گسترده تبلیغ می شوند حتی یک صدم برق مورد نیاز جهان را در هر روز تامین نمی کنند.

علاوه بر این، حتی انفجار نیروگاه هسته ای چرنوبیل حتی یک صدم آسیب به محیط زیست وارد نکرد، که حتی با یک فاجعه در یک سکوی نفتی مشخص می شود. حادثه BP تأییدی واضح بر این است.

اصل عملکرد یک راکتور هسته ای

منبع گرما عناصر سوختی است - TVEL. در واقع، اینها لوله های ساخته شده از آلیاژ زیرکونیوم هستند که حتی در ناحیه شکافت فعال اتم ها کمی در معرض انحطاط است. در داخل آن قرص هایی از دی اکسید اورانیوم یا دانه هایی از آلیاژ اورانیوم و مولیبدن قرار داده شده است. در داخل راکتور، این لوله ها به مجموعه هایی مونتاژ می شوند که هر کدام شامل 18 عنصر سوخت است.

در مجموع تقریباً دو هزار مجموعه وجود دارد و آنها در کانال های داخل سنگ تراشی گرافیتی قرار می گیرند. گرمای آزاد شده توسط یک خنک کننده جمع آوری می شود و در نیروگاه های هسته ای مدرن دو مدار گردش وجود دارد. در دومی آنها، آب به هیچ وجه با هسته راکتور تعامل نمی کند، که به طور قابل توجهی ایمنی ساختار را افزایش می دهد. خود راکتور در یک محور قرار دارد و یک کپسول مخصوص برای سنگ تراشی گرافیت از همان آلیاژ زیرکونیوم (30 میلی متر ضخامت) ایجاد می شود.

کل ساختار بر روی یک پایه بسیار عظیم از بتن با مقاومت بالا قرار دارد که استخر زیر آن قرار دارد. این به خنک کردن هسته ای کمک می کندسوخت در صورت تصادف.

اصل کار ساده است: عناصر سوخت گرم می شوند، گرما از آنها به خنک کننده اولیه (سدیم مایع، دوتریوم) منتقل می شود، پس از آن انرژی به مدار ثانویه منتقل می شود، که آب در داخل آن در گردش است. فشار عظیم بلافاصله می جوشد و بخار توربین های ژنراتورها را می چرخاند. پس از آن، بخار وارد دستگاه های متراکم شده، دوباره به حالت مایع تبدیل می شود و پس از آن دوباره به مدار ثانویه فرستاده می شود.

تاریخچه آفرینش

در نیمه دوم دهه 1940، تمام تلاش ها در اتحاد جماهیر شوروی برای ایجاد پروژه هایی با استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی انجام شد. آکادمیک معروف کورچاتوف، در یک جلسه عادی کمیته مرکزی CPSU، پیشنهادی مبنی بر استفاده از انرژی اتمی برای تولید برق ارائه کرد، که کشور در حال بهبودی پس از یک جنگ وحشتناک، به شدت به آن نیاز داشت..

در سال 1950 ساخت یک نیروگاه هسته ای آغاز شد (به هر حال اولین نیروگاه در جهان) که در روستای Obninskoye در منطقه کالوگا گذاشته شد. چهار سال بعد این ایستگاه که 5 مگاوات ظرفیت داشت با موفقیت راه اندازی شد. منحصر به فرد این رویداد همچنین در این واقعیت نهفته است که کشور ما به اولین کشوری در جهان تبدیل شد که توانست به طور مؤثر از اتم منحصراً برای اهداف صلح آمیز استفاده کند.

ادامه کار

در حال حاضر در سال 1958، کار بر روی طراحی NPP سیبری آغاز شد. ظرفیت طراحی بلافاصله 20 برابر افزایش یافت و به 100 مگاوات رسید. اما منحصر به فرد بودن وضعیت حتی در این نیست. زمانی که ایستگاه تحویل داده شد، بازده آن 600 مگاوات بود. دانشمندان فقط در یک زوجسال‌ها توانسته‌اند پروژه را بسیار بهبود بخشند، و اخیراً چنین عملکردی کاملاً غیرممکن به نظر می‌رسید.

با این حال، نیروگاه های هسته ای در وسعت اتحادیه در آن زمان بدتر از قارچ رشد نکردند. بنابراین، چند سال پس از نیروگاه هسته ای سیبری، نیروگاه هسته ای بلویارسک راه اندازی شد. به زودی ایستگاهی در ورونژ ساخته شد. در سال 1976، نیروگاه هسته ای کورسک به بهره برداری رسید که راکتورهای آن در سال 2004 به طور جدی مدرنیزه شدند.

به طور کلی، نیروگاه های هسته ای در طول دوره پس از جنگ به صورت برنامه ریزی شده ساخته شدند. فقط فاجعه چرنوبیل می تواند این روند را کند کند.

اوضاع در خارج چگونه بود

نباید تصور کرد که چنین تحولاتی منحصراً در کشور ما انجام شده است. انگلیسی ها به خوبی از اهمیت نیروگاه های هسته ای آگاه بودند و به همین دلیل فعالانه در این راستا کار کردند. بنابراین، در سال 1952، آنها پروژه خود را برای توسعه و ساخت نیروگاه های هسته ای راه اندازی کردند. چهار سال بعد، شهر کالدر هال به اولین شهر هسته ای انگلیس با نیروگاه 46 مگاواتی خود تبدیل شد. در سال 1955، یک نیروگاه هسته ای به طور رسمی در شهر شیپینگ پورت آمریکا راه اندازی شد. توان آن برابر با 60 مگاوات بود. از آن زمان، نیروگاه های هسته ای راهپیمایی پیروزمندانه خود را در سراسر جهان آغاز کرده اند.

تهدید برای اتم صلح آمیز

اولین سرخوشی ناشی از رام کردن اتم به زودی جای خود را به اضطراب و ترس داد. البته نیروگاه هسته‌ای چرنوبیل جدی‌ترین فاجعه بود، اما نیروگاه مایاک، حوادث با راکتورهای هسته‌ای در زیردریایی‌های هسته‌ای و همچنین حوادث دیگری وجود داشت که احتمالاً هرگز از بسیاری از آنها مطلع نخواهیم شد. پیامدهای این حوادثمردم را وادار کرد تا به فکر ارتقای سطح فرهنگ در استفاده از انرژی اتمی باشند. علاوه بر این، بشریت یک بار دیگر دریافت که قادر به مقاومت در برابر نیروهای عنصری طبیعت نیست.

بسیاری از مشاهیر علم جهان برای مدت طولانی در مورد چگونگی ایمن‌تر کردن نیروگاه‌های هسته‌ای بحث کرده‌اند. در مسکو در سال 1989، یک مجمع جهانی تشکیل شد که بر اساس نتایج این نشست، نتایجی در مورد نیاز به تشدید کنترل اساسی بر انرژی هسته ای گرفته شد..

امروز، جوامع جهانی به دقت بر نحوه رعایت همه این توافقات نظارت می کنند. با این حال، هیچ مقدار از مشاهده و کنترل نمی تواند از بلایای طبیعی یا حماقت پیش پا افتاده نجات دهد. این یک بار دیگر با حادثه فوکوشیما-1 تأیید شد که در نتیجه آن صدها میلیون تن آب رادیواکتیو به اقیانوس آرام ریخته شده است. به طور کلی ژاپن که در آن نیروگاه هسته ای تنها وسیله تامین نیازهای عظیم صنعت و جمعیت با برق است، برنامه ساخت نیروگاه هسته ای را رها نکرده است.

طبقه بندی

همه نیروگاه های هسته ای را می توان بر اساس نوع انرژی تولید شده و همچنین بر اساس مدل راکتور آنها طبقه بندی کرد. درجه ایمنی، نوع ساخت و همچنین سایر پارامترهای مهم نیز در نظر گرفته شده است.

بر اساس نوع انرژی تولید شده به این ترتیب طبقه بندی می شوند:

• نیروگاه های هسته ای. تنها انرژی ای که تولید می کنند برق است.
• نیروگاه های حرارتی هسته ای. این تاسیسات علاوه بر برق، گرما را نیز تولید می کند که به ویژه برای استقرار در شهرهای شمالی ارزشمند است. آنجا، بهره برداری از یک نیروگاه هسته ایاجازه می دهد تا به شدت وابستگی منطقه به منابع سوخت از مناطق دیگر کاهش یابد.

سوخت مصرف شده و سایر مشخصات

رایج ترین راکتورهای هسته ای هستند که از اورانیوم غنی شده به عنوان سوخت استفاده می کنند. مایع خنک کننده آب سبک است. به این گونه راکتورها راکتورهای آب سبک می گویند و دو نوع از آنها وجود دارد. در حالت اول، بخاری که برای چرخاندن توربین ها استفاده می شود در هسته راکتور تشکیل می شود.

برای تشکیل بخار در حالت دوم از سیستم هیت سینک استفاده می شود که به دلیل آن آب وارد هسته نمی شود. به هر حال، توسعه این سیستم قبلاً در دهه 50 قرن گذشته آغاز شد و تحولات نظامی آمریکا مبنای آن بود. تقریباً در همان زمان، اتحاد جماهیر شوروی راکتوری از نوع اول، اما با یک سیستم تعدیل‌کننده ساخت که در نقش آن از میله‌های گرافیتی استفاده می‌شد.

اینگونه بود که راکتور خنک کننده گازی که توسط بسیاری از نیروگاه های هسته ای روسیه استفاده می شود ظاهر شد. شتاب سریع ساخت ایستگاه های این مدل خاص به این دلیل بود که راکتورها پلوتونیوم با درجه سلاح را به عنوان یک محصول جانبی تولید می کردند. به علاوه حتی اورانیوم طبیعی معمولی که ذخایر آن در کشور ما بسیار زیاد است به عنوان سوخت این رقم مناسب است.

نوع دیگری از راکتورها که نسبتاً گسترده در سراسر جهان است، مدل آب سنگین است که با اورانیوم طبیعی سوخت می شود. در ابتدا، تقریباً همه کشورهایی که به راکتورهای هسته ای دسترسی داشتند، چنین مدل هایی ایجاد شد، اماامروزه تنها کانادا در میان استثمارگران آن است که در روده های آن غنی ترین ذخایر اورانیوم طبیعی وجود دارد.

چگونه راکتورها بهبود یافته اند؟

ابتدا، فولاد معمولی برای ساخت روکش‌های میله‌های سوخت و کانال‌های گردش استفاده شد. در آن زمان، هنوز در مورد آلیاژهای زیرکونیوم که برای چنین اهدافی بسیار مناسب هستند، شناخته شده نبود. راکتور با آب تامین شده تحت فشار 10 اتمسفر خنک شد.

بخار آزاد شده در همان زمان دارای دمای 280 درجه بود. تمام کانال هایی که میله های سوخت در آنها قرار داشتند قابل جابجایی بودند، زیرا آنها باید نسبتاً اغلب تعویض می شدند. واقعیت این است که در منطقه فعالیت سوخت هسته ای، مواد به سرعت در معرض تغییر شکل و تخریب قرار می گیرند. در واقع، عناصر ساختاری در هسته برای 30 سال طراحی شده اند، اما در چنین مواردی، خوش بینی غیرقابل قبول است.

میله سوخت

در این مورد، دانشمندان تصمیم گرفتند از یک نوع خنک کننده لوله ای یک طرفه استفاده کنند. این طراحی به طور چشمگیری شانس ورود محصولات شکافت به مدار تبادل حرارتی را حتی در صورت آسیب به عنصر سوخت کاهش می دهد. همان سوخت هسته ای آلیاژی از اورانیوم و مولیبدن است. این راه حل امکان ایجاد تجهیزات نسبتاً ارزان و قابل اعتمادی را فراهم کرد که می توانند به طور پایدار حتی در دماهای بسیار بالا کار کنند.

چرنوبیل

ممکن است عجیب به نظر برسد، اما چرنوبیل بدنام، که نیروگاه هسته ای آن به نمادی از بلایای انسان ساز قرن گذشته تبدیل شد، یک پیروزی واقعی علم بود.در آن زمان از پیشرفته ترین فناوری ها در ساخت و طراحی آن استفاده می شد. قدرت راکتور به تنهایی به 3200 مگاوات رسید. سوخت نیز جدید بود: دی اکسید اورانیوم طبیعی غنی شده برای اولین بار در نیروگاه هسته ای چرنوبیل استفاده شد. یک تن از چنین سوختی تنها حاوی 20 کیلوگرم اورانیوم 235 است. در مجموع 180 تن دی اکسید اورانیوم در راکتور بارگیری شد. هنوز دقیقاً مشخص نیست که چه کسی و برای چه هدفی تصمیم به انجام آزمایشی در ایستگاه گرفته است که با تمام قوانین ایمنی قابل تصور در تناقض است.

نیروگاه های هسته ای در روسیه

اگر فاجعه چرنوبیل نبود، در کشور ما (به احتمال زیاد) برنامه ساخت وسیع ترین و گسترده ترین نیروگاه های هسته ای همچنان ادامه داشت. در هر صورت، این رویکرد برنامه ریزی شده در اتحاد جماهیر شوروی بود.

به طور کلی، بلافاصله پس از چرنوبیل، بسیاری از برنامه ها به طور گسترده محدود شدند، که بلافاصله منجر به افزایش قیمت برای بسیاری از گریدهای "دوستانه با محیط زیست" حامل های گرما شد. در بسیاری از مناطق، آنها مجبور به بازگشت به ساخت نیروگاه های حرارتی شدند که (از جمله) حتی روی زغال سنگ کار می کنند و همچنان جو شهرهای بزرگ را به طرز وحشتناکی آلوده می کنند.

در اواسط دهه 2000، دولت با این وجود متوجه نیاز به توسعه برنامه هسته ای شد، زیرا بدون آن تأمین انرژی مورد نیاز برای بسیاری از مناطق کشور به سادگی غیرممکن بود.

امروز چند نیروگاه هسته ای در کشورمان داریم؟ فقط ده بله، اینها همه نیروگاه های هسته ای روسیه هستند. اما حتی این عدد نیز بیش از 16 درصد انرژی مصرف شده را تولید می کندشهروندان ما ظرفیت تمامی 33 واحد نیروگاهی که به عنوان بخشی از این نیروگاه های هسته ای فعالیت می کنند، 25.2 گیگاوات است. تقریباً 37 درصد از برق مورد نیاز مناطق شمالی ما توسط نیروگاه های هسته ای تامین می شود.

یکی از معروف ترین آنها نیروگاه هسته ای لنینگراد است که در سال 1973 ساخته شد. در حال حاضر، ساخت و ساز فشرده مرحله دوم در حال انجام است که امکان افزایش ظرفیت خروجی (4 هزار مگاوات) را حداقل دو برابر می کند.

NPPهای اوکراین

اتحاد جماهیر شوروی کارهای زیادی از جمله برای توسعه انرژی در جمهوری های اتحادیه انجام داد. بنابراین، لیتوانی در یک زمان نه تنها یک زیرساخت عالی و بسیاری از شرکت‌های صنعتی، بلکه NPP Ignalina را نیز دریافت کرد که تا سال 2005 یک "مرغ پوک‌مارک" واقعی بود و تقریباً کل منطقه بالتیک را ارزان (و خودش!) فراهم می کرد. انرژی.

اما هدیه اصلی به اوکراین داده شد که همزمان چهار نیروگاه دریافت کرد. NPP Zaporozhye به طور کلی قدرتمندترین نیروگاه در اروپا است که 6 گیگاوات انرژی را به طور همزمان تحویل می دهد. به طور کلی، نیروگاه های هسته ای اوکراین به این کشور این فرصت را می دهند که به طور مستقل برق خود را تامین کند، که لیتوانی دیگر نمی تواند به آن ببالد.

اکنون همه همان چهار ایستگاه در حال کار هستند: Zaporozhye، Rivne، جنوب اوکراین و Khmelnitsky. برخلاف تصور عمومی، بلوک سوم نیروگاه هسته ای چرنوبیل تا سال 2000 به کار خود ادامه داد و به طور منظم برق منطقه را تامین می کرد. در حال حاضر، 46 درصد از کل برق اوکراین توسط نیروگاه های هسته ای اوکراین تولید می شود.

جاه طلبی های سیاسی عجیب مقامات در کشور باعث شد که در سال 1390تصمیم به جایگزینی عناصر سوخت روسیه با نمونه های آمریکایی گرفته شد. آزمایش به طور کامل شکست خورد و تقریبا 200 میلیون دلار خسارت به صنعت اوکراین وارد شد.

چشم انداز

امروز، مزایای اتم صلح آمیز دوباره در سراسر جهان به یاد می‌آید. انرژی کل یک شهر را می توان از یک نیروگاه هسته ای کوچک و ابتدایی تامین کرد که سالانه حدود 2 تن سوخت مصرف می کند. چه مقدار گاز یا زغال سنگ باید در همان مدت سوزانده شود؟ بنابراین چشم اندازهای این فناوری بسیار زیاد است: انواع سنتی انرژی دائماً در حال افزایش قیمت هستند و تعداد آنها در حال کاهش است.