Clasificarea centralelor nucleare. Centrale termice Aduceți clasificarea centralelor nucleare din lume

Practic, se utilizează în prezent divizarea centralelor electrice în IES, CHPP, CCGT, GTES, NPP, HPP. Pentru mai mult caracteristici complete centralele electrice pot fi clasificate în funcție de o serie de caracteristici de bază:

După tipul de resurse de energie primară;

Procese de conversie a energiei;

După numărul și tipul de purtători de energie;

După tipurile de energie furnizată;

După cercul de consumatori acoperit;

În funcție de modul de funcționare.

1. În funcție de tipurile de resurse de energie primară utilizate, centralele electrice se disting folosind: combustibil fosil (TPP); combustibil nuclear (NPP); hidroenergie (HPP, PSPP și TPP); energia solară (SES); energia eoliană (WPP); căldură subterană (GEOES geotermale).

2. Conform proceselor de conversie a energiei aplicate, se disting centralele în care: energia termică recepționată este transformată în energie mecanică, apoi în energie electrică (TPP. NPP); energia termică recepționată este convertită direct în energie electrică (centrale electrice cu generatoare MHD, MHD-ES, SES cu fotocelule etc.); energia apei și a aerului este transformată în energie mecanică de rotație, apoi în energie electrică (centrală hidroelectrică, centrală de stocare cu pompă, centrală de maree, centrale eoliene eoliene, centrale cu turbină cu gaz de stocare a aerului).

3. După numărul și tipul de purtători de energie utilizați, centralele electrice diferă: cu un singur purtător de energie (IES și CHPP, IES nucleare și CHPP pe abur, CNE cu un purtător de energie gazoasă, GTPP); cu doi purtători de energie diferiți în stare de fază (centrale electrice cu ciclu combinat, inclusiv PG-KES și PG-CHP); cu doi purtători de energie diferiți din aceeași stare de fază (centrale electrice binare).

4. După tipurile de energie furnizate, centralele electrice diferă: furnizează numai sau în principal energie electrică (HPP, PSPP, IES, IES nucleare, GTES, PG-KES etc.); eliberarea electrică și energie termală(Cogenerare nucleară, Cogenerare nucleară, GT-CHP etc.). Recent, IES și centralele nucleare cresc din ce în ce mai mult aprovizionarea cu energie termică. Centralele combinate de căldură și energie electrică (CHP), pe lângă electricitate, generează căldură; Utilizarea căldurii reziduale în cogenerare oferă economii semnificative de combustibil. Dacă se utilizează abur de evacuare sau apă fierbinte pentru proces tehnologic s, încălzirea și ventilarea întreprinderilor industriale, centralele de cogenerare sunt numite industriale. Când căldura este utilizată pentru încălzirea și alimentarea cu apă caldă a clădirilor rezidențiale și publice din orașe, cogeneratoarele sunt numite centrale comunale (de încălzire). Centrale termice industriale de cogenerare furnizează căldură ca întreprinderi industrialeși populația. La centralele termice de încălzire, împreună cu centralele de turbină de încălzire, există cazane de apă caldă pentru alimentarea cu căldură în perioadele de vârfuri de încărcare a căldurii.

5. În funcție de gama de consumatori acoperiți, se disting următoarele: centrale electrice regionale (GRES - centrală regională de stat); centrale electrice locale pentru alimentarea cu energie electrică a așezărilor individuale; stații bloc pentru alimentarea cu energie a consumatorilor individuali.

6. Centralele electrice diferă în funcție de modul de funcționare din EPS: de bază; manevrabil sau semi-vârf; vârf.

Primul grup include IES-uri mari, cele mai economice, IES-uri nucleare, centrale combinate de căldură și energie electrică în regim de încălzire și centrale hidroelectrice parțial, al doilea grup include centrale electrice cu condensare flexibilă, PG-IES și CHP, iar al treilea grup include energie hidroelectrică plantelor, GDES și GTPP. Centralele termice și IES-urile mai puțin economice funcționează parțial în modul de vârf.

Pe lângă caracteristicile de bază generale de mai sus ale clasificării centralelor electrice, fiecare tip are propriile sale caracteristici de clasificare. De exemplu, IES și CHPP diferă în parametrii inițiali, schema tehnologică (bloc și cu reticulat), capacitatea unitară a blocurilor etc. NPP-urile sunt clasificate după tipul de reactoare (neutroni termici și rapidi), după proiectarea reactoarelor etc.

Împreună cu principalele tipuri de centrale electrice discutate mai sus, în Rusia se dezvoltă centrale electrice cu ciclu combinat și cu turbină pură. Centralele cu ciclu combinat (PGPP) sunt utilizate în două versiuni: cu un generator de abur de înaltă presiune și cu evacuarea gazelor de eșapament în cazanele convenționale. În prima variantă, produsele de ardere din camera de ardere sub presiune sunt trimise către un generator de abur compact de înaltă presiune, unde se generează abur de înaltă presiune, iar produsele de ardere sunt răcite la 750-800 ° C, după care sunt trimis la o turbină cu gaz, iar aburul de înaltă presiune este furnizat către turbină cu abur.

În a doua opțiune, produsele de ardere din camera de ardere cu adăugarea cantității necesare de aer pentru a reduce temperatura la 750-800 ° C sunt trimise la turbina cu gaz, iar de acolo gazele de eșapament la o temperatură de aproximativ 350 -400 ° C cu un conținut ridicat de oxigen sunt alimentate la cazanele convenționale de turbine cu abur TPP, unde îndeplinesc funcția de oxidant și își dau caldura.

Și prima schemă ar trebui să ardă combustibil lichid cu gaz natural sau turbină specială, în a doua schemă acest combustibil ar trebui să fie ars numai în camera de ardere a unei turbine cu gaz și în cazane - păcură sau combustibil solid, care este un avantaj cert. Combinația celor două cicluri va crește eficiența globală a CHPP cu aproximativ 5-6% comparativ cu turbina cu abur IES. Putere turbine cu gaz Centrala electrică cu ciclu combinat reprezintă aproximativ 20-25% din capacitatea unității cu ciclu combinat. Datorită faptului că investițiile specifice de capital în secțiunea turbinei cu gaz sunt mai mici decât în secțiunea turbinei cu abur, SGPP realizează o scădere a investițiilor specifice de capital cu 10-12%. Unitățile de gaz cu ciclu combinat sunt mai manevrabile decât unitățile convenționale de condensare și pot fi utilizate pentru a funcționa în zona semi-vârf, deoarece sunt mai economice decât IES-urile manevrabile.

Reactoarele sunt clasificate în funcție de nivelul de energie al neutronilor care participă la reacția de fisiune, în conformitate cu principiul amplasării combustibilului și moderatorului, scopul, tipul de moderator și lichidul de răcire și starea lor fizică.

Reactoarele nucleare sunt împărțite în mai multe grupuri:

1) În funcție de energia medie a spectrului de neutroni - în rapid, intermediar și termic;

2) Conform caracteristicilor de proiectare ale miezului - în corp și canal;

3) După tipul de purtător de căldură - apă, apă grea, sodiu;

4) După tipul de moderator - pentru apă, grafit, apă grea etc.

În scopuri energetice, pentru producția de energie electrică, se utilizează următoarele:

1) Reactoare răcite cu apă cu apă care nu fierbe sau fierbe sub presiune,

2) Reactoare de uraniu-grafit cu apă clocotită sau răcite cu dioxid de carbon,

3) Reactoare cu canal de apă grea etc.

În viitor, reactoarele rapide cu neutroni răcite de metale lichide (sodiu etc.) vor fi utilizate pe scară largă; în care implementăm fundamental modul de reproducere a combustibilului, adică creând numărul izotopilor fisili ai plutoniului Pu-239 depășind numărul izotopilor consumați ai uraniului U-235. Parametrul care caracterizează creșterea combustibilului se numește raportul plutoniu. Arată câte acte ale atomilor de Pu-239 sunt create în timpul reacțiilor de captare a neutronilor în U-238 pe un atom U-235 care a captat un neutron și a suferit fisiune.

ÎN reactor termic cea mai mare parte a fisiunii nucleelor are loc atunci când nucleele absorb neutroni termici ai izotopilor fisibili. Reactoarele în care fisiunea nucleară este efectuată în principal de neutroni cu o energie mai mare de 0,5 MeV se numesc reactoare de neutroni rapide. Reactoarele în care cea mai mare parte a fisiunii are loc ca urmare a absorbției neutronilor intermediari de către nucleele izotopilor fisili se numesc reactoare neutronice intermediare (de rezonanță).

Reactoarele termice sunt în prezent cele mai răspândite. Reactoarele termice se caracterizează prin concentrația de 235 U combustibil nuclear în miez de la 1 la 100 kg / m 3 și prezența unor mase mari de moderator. Un reactor rapid cu neutroni se caracterizează printr-o concentrație de combustibil nuclear de 235 U sau 239 U de ordinul a 1000 kg / m 3 și absența unui moderator în miez.

În reactoarele pe neutroni intermediari din miezul moderatorului este foarte mică, iar concentrația de combustibil nuclear 235 U în acesta este de la 100 la 1000 kg / m 3.

În reactoarele termice, fisiunea nucleelor combustibile are loc și atunci când neutronii rapizi sunt capturați de nucleu, dar probabilitatea acestui proces este nesemnificativă (1 - 3%). Necesitatea unui moderator de neutroni este cauzată de faptul că secțiunile efective de fisiune ale nucleelor de combustibil sunt mult mai mari la energiile neutronice scăzute decât la cele mari.

În miezul unui reactor termic, trebuie să existe un moderator - o substanță ai cărei nuclei au un număr mic de masă. Grafit, apă grea sau ușoară, beriliu, lichide organice sunt utilizate ca moderatori. Un reactor termic poate funcționa chiar pe uraniu natural dacă se utilizează apă grea sau grafit ca moderator. Pentru alți moderatori, trebuie utilizat uraniu îmbogățit. Dimensiunile critice necesare ale reactorului depind de gradul de îmbogățire a combustibilului; cu o creștere a gradului de îmbogățire, acestea sunt mai mici. Un dezavantaj semnificativ al reactoarelor termice este pierderea de neutroni liniți ca urmare a captării acestora de către moderator, agent de răcire, materiale structurale și produse de fisiune. Prin urmare, în astfel de reactoare este necesar să se utilizeze substanțe cu secțiuni transversale de captare mici pentru neutroni lenti ca moderator, agent de răcire și materiale structurale.

Cele trei elemente esențiale pentru reactoarele termice sunt degajarea căldurii, moderatorul și lichidul de răcire. Această figură prezintă un aspect tipic de bază.

Un lichid de răcire este pompat prin reactor cu ajutorul pompelor (numite pompe de circulație), care apoi curg fie către turbină (în RBMK), fie către schimbătorul de căldură (în alte tipuri de reactoare). Lichidul de răcire încălzit al schimbătorului de căldură intră în turbină, unde își pierde o parte din energie pentru a genera electricitate. De la turbină, lichidul de răcire intră în condensator pentru abur, astfel încât lichidul de răcire cu parametrii necesari funcționării optime este furnizat reactorului. Reactorul are, de asemenea, un sistem de control pentru acesta, care constă dintr-un set de tije cu un diametru de câțiva centimetri și o lungime comparabilă cu înălțimea miezului, constând dintr-un material care absorb foarte mult neutroni, de obicei compuși cu bor. Tijele sunt amplasate în canale speciale și pot fi ridicate sau coborâte în reactor. În starea ridicată, ele contribuie la accelerarea reactorului, în starea coborâtă, îl îneacă. Unitățile de lansare sunt reglabile independent, astfel încât acestea pot fi utilizate pentru a configura activitatea de reacție în diferite părți ale miezului.

Particularitatea unui reactor nuclear este că 94% din energia de fisiune este convertită instantaneu în căldură, adică în timpul în care puterea reactorului sau densitatea materialelor din acesta nu are timp să se schimbe în mod vizibil. Prin urmare, atunci când se schimbă puterea reactorului, degajarea căldurii urmează fără întârziere procesul de fisiune a combustibilului.

Cu toate acestea, când reactorul este oprit, atunci când rata de fisiune scade de mai mult de zeci de ori, rămân în el sursele de eliberare întârziată (radiații gamma și beta din produsele de fisiune), care devin predominante. Eliberarea de căldură reziduală după încheierea reacției de fisiune necesită îndepărtarea căldurii mult timp după oprirea reactorului. Deși puterea de eliberare a căldurii reziduale este mult mai mică decât cea nominală, circulația lichidului de răcire prin reactor trebuie asigurată foarte fiabil, deoarece eliberarea de căldură reziduală nu poate fi controlată. Îndepărtarea lichidului de răcire din reactorul care funcționează de ceva timp este strict interzisă pentru a evita supraîncălzirea și deteriorarea elementelor de combustibil.

ÎN reactoare de neutroni intermediari, în care majoritatea evenimentelor de fisiune sunt cauzate de neutroni cu energii mai mari decât termice (de la 1 eV la 100 keV), masa moderatorului este mai mică decât în reactoarele termice. O caracteristică specifică funcționării unui astfel de reactor este aceea că secțiunea transversală de fisiune a combustibilului cu o creștere a fisiunii neutronice în regiunea intermediară scade mai slab decât secțiunea transversală de absorbție a materialelor structurale și a produselor de fisiune. Astfel, probabilitatea unor acte de fisiune crește în comparație cu actele de preluare. Cerințele pentru caracteristicile neutronice ale materialelor structurale sunt mai puțin stricte, gama lor fiind mai largă. În consecință, miezul unui reactor de neutroni intermediar poate fi făcut din materiale mai durabile, ceea ce face posibilă creșterea eliminării căldurii specifice de pe suprafața de încălzire a reactorului. Îmbogățirea combustibilului cu un izotop fisibil în reactoarele intermediare datorită scăderii secțiunii transversale ar trebui să fie mai mare decât în cele termice. Reproducerea combustibilului nuclear în reactoare folosind neutroni intermediari este mai mare decât într-un reactor care utilizează neutroni termici.

O substanță care moderează slab neutronii este utilizată ca agenți de răcire în reactoarele intermediare. De exemplu, metalele lichide. Moderatorul este grafit, beriliu etc.

Elementele de combustibil cu combustibil foarte îmbogățit sunt plasate în miezul unui reactor de neutroni rapid. Miezul este înconjurat de o zonă de reproducere formată din elemente combustibile care conțin materie primă combustibil (uraniu sărăcit, toriu). Neutronii care scapă din miez sunt capturați în zona de reproducere de către nucleele materiei prime combustibile, rezultând în formarea de combustibil nuclear nou. Un avantaj special al reactoarelor rapide este posibilitatea de a organiza o creștere extinsă a combustibilului nuclear în ele, adică simultan cu generarea de energie, pentru a produce combustibil nuclear nou în loc de combustibil ars. Reactoarele rapide nu necesită un moderator, iar agentul de răcire nu trebuie să încetinească neutronii.

Reactoarele sunt împărțite în omogene și eterogene în funcție de metoda de plasare a combustibilului în miez.

ÎN reactor omogen combustibilul nuclear, lichidul de răcire și moderatorul (dacă există) sunt bine amestecate și se află în aceeași stare fizică, adică miezul unui reactor complet omogen este un amestec omogen lichid, solid sau gazos de combustibil nuclear, agent de răcire sau moderator. Reactoarele omogene pot fi atât neutroni termici, cât și neutroni rapidi. Într-un astfel de reactor, întregul miez este situat într-un vas sferic de oțel și este un amestec lichid omogen de combustibil și moderator sub formă de soluție sau aliaj lichid (de exemplu, o soluție de sulfat de uranil în apă, o soluție de uraniu în bismut lichid), care servește și ca agent de răcire.

O reacție de fisiune nucleară are loc într-o soluție de combustibil în interiorul unui vas de reactor sferic, ca urmare, temperatura soluției crește. Soluția combustibilă din reactor intră în schimbătorul de căldură, unde degajă căldura apei circuitului secundar, este răcită și este trimisă înapoi la reactor printr-o pompă circulară. Pentru a preveni apariția unei reacții nucleare în afara reactorului, volumele conductelor buclei, schimbătorului de căldură și pompei sunt selectate astfel încât volumul de combustibil din fiecare secțiune a buclei să fie mult mai mic decât cel critic. Reactoarele omogene au mai multe avantaje față de cele eterogene. Acesta este un design simplu al miezului și dimensiunile sale minime, capacitatea de a elimina continuu produsele de fisiune și de a adăuga combustibil nuclear proaspăt în timpul funcționării fără a opri reactorul, simplitatea pregătirii combustibilului și faptul că reactorul poate fi controlat prin schimbarea concentrația de combustibil nuclear.

Cu toate acestea, reactoarele omogene prezintă, de asemenea, dezavantaje grave. Amestecul omogen care circulă de-a lungul buclei emite radiații radioactive puternice, care necesită o protecție suplimentară și complică controlul reactorului. Doar o parte din combustibil se află în reactor și este utilizată pentru a genera energie, în timp ce cealaltă parte se află în conducte externe, schimbătoare de căldură și pompe. Amestecul circulant provoacă coroziune severă și eroziune a sistemelor și dispozitivelor reactorului și circuitului. Formarea unui amestec exploziv exploziv într-un reactor omogen, ca rezultat al radiolizei apei, necesită dispozitive pentru arderea sa ulterioară. Toate acestea au dus la faptul că reactoarele omogene nu au fost utilizate pe scară largă.

ÎN reactor eterogen combustibilul sub formă de blocuri este plasat în moderator, adică combustibilul și moderatorul sunt separate spațial.

În prezent, numai reactoarele eterogene sunt proiectate în scopuri energetice. Combustibilul nuclear dintr-un astfel de reactor poate fi utilizat în stare gazoasă, lichidă și solidă. Cu toate acestea, acum reactoarele eterogene funcționează numai pe combustibil solid.

În funcție de agentul de moderare, reactoarele eterogene sunt împărțite în grafit, apă ușoară, apă grea și organică. După tipul de lichid de răcire, reactoarele eterogene sunt apă ușoară, apă grea, gaz și metal lichid. Lichidele de răcire lichide din interiorul reactorului pot fi în stări monofazate și bifazate. În primul caz, lichidul de răcire din interiorul reactorului nu fierbe, iar în al doilea, acesta fierbe.

Reactoarele în miezul cărora temperatura lichidului de răcire este sub punctul de fierbere se numesc reactoare cu apă sub presiune, iar reactoarele în interiorul cărora fierbe lichidul de răcire se numesc reactoare de fierbere.

În funcție de moderatorul și lichidul de răcire utilizat, reactoarele eterogene sunt proiectate în conformitate cu diferite scheme. În Rusia, principalele tipuri de reactoare nucleare sunt presurizate cu apă și apă-grafit.

Prin proiectare, reactoarele sunt împărțite în reactoare sub presiune și reactoare cu canal. ÎN reactoare sub presiune presiunea lichidului de răcire este purtată de carcasă Debitul general al lichidului de răcire curge în interiorul vasului reactorului. ÎN reactoare cu canal lichidul de răcire este furnizat fiecărui canal cu un ansamblu de combustibil separat. Vasul reactorului nu este încărcat cu presiunea lichidului de răcire; această presiune este purtată de fiecare canal separat.

În funcție de scop, reactoarele nucleare sunt putere, convertoare și reproducători, cercetare și multifuncțional, transport și industrial.

Reactoare de energie nucleară sunt utilizate pentru a genera electricitate la centralele nucleare, la centralele navale, la centralele nucleare combinate de căldură și energie (ATEC), precum și la centralele nucleare (AST).

Se numesc reactoare concepute pentru producerea de combustibil nuclear secundar din uraniu natural și toriu convertoare sau crescători... În reactorul - convertor de combustibil nuclear secundar, se formează mai puțin din combustibilul consumat inițial. În reactorul de ameliorare, se efectuează o creștere extinsă a combustibilului nuclear, adică se dovedește mai mult decât s-a cheltuit.

Reactoare de cercetare servesc pentru a studia procesele de interacțiune a neutronilor cu materia, a studia comportamentul materialelor reactorului în câmpuri intense de radiații neutronice și gamma, cercetarea radiochimică și biologică, producerea izotopilor, cercetarea experimentală a fizicii reactoarelor nucleare. Reactoarele au capacități diferite, funcționare staționară sau pulsată. Cele mai răspândite sunt reactoarele de cercetare cu apă sub presiune care utilizează uraniu îmbogățit. Puterea termică a reactoarelor de cercetare variază pe o gamă largă și ajunge la câteva mii de kilowați.

Multifuncțional Se numesc reactoare care servesc mai multor scopuri, de exemplu, pentru a genera energie și a obține combustibil nuclear.

2.2. Clasificarea centralelor nucleare

Cea mai importantă clasificare pentru centralele nucleare este clasificarea lor după numărul de circuite. Distingeți CNE monocircuit, dublu circuitși cu trei circuite... În orice caz, centralele nucleare moderne folosesc turbine cu abur ca motor.

Sistemul NPP distinge lichid de răcireși corpul de lucru... Fluidul de lucru, adică mediul în care se lucrează, cu conversia energiei termice în energie mecanică, este vapori de apă. Cerințele pentru puritatea aburului furnizat turbinei sunt atât de mari încât pot fi îndeplinite cu indicatori acceptabili din punct de vedere economic numai prin condensarea întregului abur și readucerea condensului la ciclu. Prin urmare, circuitul fluidului de lucru pentru o centrală nucleară, precum și pentru orice centrală termică modernă, este întotdeauna închis și apă suplimentară pătrunde în ea doar în cantități mici pentru a umple scurgerile și alte pierderi de condens.

Scopul agentului de răcire la o centrală nucleară este de a îndepărta căldura eliberată în reactor. Pentru a preveni depunerile pe elementele de combustibil, este necesară o puritate ridicată a lichidului de răcire. Prin urmare, necesită și o buclă închisă și mai ales pentru că lichidul de răcire al reactorului este întotdeauna radioactiv. Răspândirea rezonantă este cu totul altă problemă. Aceasta nu este o împrăștiere inelastică. Există dispersie potențială, există dispersie prin rezonanță - această interacțiune este deja la nivelul undelor neutronii. Acum considerăm împrăștierea elastică ca un proces clasic de coliziune a două bile

Dacă circuitele lichidului de răcire și ale fluidului de lucru nu sunt separate, se numește NPP cu un singur circuit(fig. 2.2 dar). Generarea de abur are loc în reactor, aburul este trimis la turbină, unde produce o lucrare care este transformată în electricitate în generator. După condensarea întregului abur din condensator, condensul

dar- circuit unic; b- dublu circuit; în- trei circuite;
1 - reactor; 2 - turbină cu abur; 3 - generator electric; 4 - condensator; 5 - pompe de alimentare; 6 - pompă de circulație; 7 - compensator de volum; 8 - generator de aburi; 9 - schimbător de căldură intermediar

pompa este alimentată înapoi în reactor. Astfel de reactoare funcționează cu circulația forțată a lichidului de răcire, pentru care este instalată o pompă de circulație principală.

Într-o schemă cu o singură buclă, toate echipamentele funcționează în condiții de radiații, ceea ce complică funcționarea acestuia. Marele avantaj al acestor scheme este simplitatea și eficiența ridicată. Parametrii aburului din fața turbinei și din reactor diferă numai prin valoarea pierderilor din conductele de abur. Centralele nucleare Leningrad, Kursk și Smolensk funcționează conform unei scheme cu o singură buclă.

Dacă contururile lichidului de răcire și ale fluidului de lucru sunt separate, atunci se numește NPP dublu-circuit(fig. 2.2 b). În consecință, se numește circuitul de răcire primul, iar conturul fluidului de lucru este al doilea... Într-o astfel de schemă, reactorul este răcit de un agent de răcire pompat prin el și prin generatorul de abur de către pompa principală de circulație. Circuitul de răcire format în acest mod este radioactiv, nu include toate echipamentele stației, ci doar o parte din acesta. Sistemul de circuite primare include compensator de volum, deoarece volumul lichidului de răcire se schimbă în funcție de temperatură.

Aburul de la generatorul de abur al unei centrale nucleare cu două circuite intră în turbină, apoi în condensator, iar condensul din acesta este pompat înapoi la generatorul de abur. Circuitul secundar astfel format include echipamente care funcționează în absența radiației; acest lucru simplifică funcționarea stației. La o centrală nucleară cu dublu circuit, este obligatoriu generator de abur - dispozitiv separând ambele contururi, deci aparține în egală măsură atât primului, cât și celui de-al doilea. Transferul de căldură prin suprafața de încălzire necesită o diferență de temperatură între lichidul de răcire și apa clocotită din generatorul de abur. Pentru un purtător de căldură cu apă, aceasta înseamnă menținerea în primul

un circuit de presiune mai mare decât presiunea de abur furnizată turbinei. Dorința de a evita fierberea lichidului de răcire în miezul reactorului duce la necesitatea unei presiuni în prima buclă care este semnificativ mai mare decât presiunea din a doua buclă. Centralele nucleare Novovoronezh, Kola, Balakovskaya și Kalininskaya funcționează în conformitate cu o schemă cu două circuite.

Ca lichid de răcire în schema NPP prezentată în Fig. 2.2 b, pot fi utilizate și gaze. Lichidul de răcire cu gaz este pompat prin reactor și generatorul de abur suflantă de gaz, jucând același rol ca și pompa de circulație principală, dar spre deosebire de apa pentru purtătorul de căldură cu gaz, presiunea din primul circuit poate fi nu numai mai mare, ci și mai mică decât în al doilea.

Fiecare dintre cele două tipuri de centrale nucleare descrise cu un agent de răcire a apei are propriile avantaje și dezavantaje; prin urmare, sunt dezvoltate centrale nucleare de ambele tipuri. Au mai multe lucruri în comun, inclusiv functionarea turbinelor pe abur saturat de presiune medie... NPP-urile cu un singur circuit și cu dublu circuit cu lichid de răcire pentru apă sunt cele mai răspândite, iar în lume preferința este acordată în principal centralelor nucleare cu două circuite.

În timpul funcționării, pot apărea scurgeri în anumite secțiuni ale generatorului de abur, în special la îmbinările tuburilor generatorului de abur cu colectorul sau din cauza deteriorării coroziunii tuburilor în sine. Dacă presiunea din primul circuit este mai mare decât în cel de-al doilea, atunci poate apărea o revărsare a lichidului de răcire, ducând la contaminarea radioactivă a celui de-al doilea circuit. În anumite limite, o astfel de revărsare nu perturbă funcționarea normală a unei centrale nucleare, dar există agenți de răcire care interacționează intens cu abur și apă. Acest lucru poate crea pericolul de eliberare de substanțe radioactive în incinta echipajului. Un astfel de agent de răcire este, de exemplu, sodiu lichid. Prin urmare, ei creează un supliment, intermediar circuit astfel încât chiar și în situații de urgență să poată fi evitat contactul cu sodiu radioactiv cu apă sau vapori de apă. Această centrală nucleară se numește cu trei circuite(fig. 2.2 în).

Un lichid de răcire lichid-metal radioactiv este pompat printr-un reactor și un schimbător de căldură intermediar, în care eliberează căldură unui agent de răcire lichid-metal neradioactiv. Acesta din urmă este pompat printr-un generator de abur printr-un sistem care formează un circuit intermediar. Presiunea din circuitul intermediar este menținută mai mare decât în primul. Prin urmare, deversarea de sodiu radioactiv din circuitul primar în circuitul intermediar este imposibilă. În acest sens, dacă apare o scurgere între circuitele intermediare și secundare, contactul apei sau al aburului va fi doar cu sodiu neradioactiv. Al doilea sistem

circuitul pentru o schemă cu trei circuite este similar cu un circuit cu două circuite. Centralele nucleare cu trei circuite sunt cele mai scumpe datorită cantității mari de echipamente.

Centrala centrală Shevchenko și a treia unitate funcționează conform unei scheme cu trei circuite. CNP Beloyarsk.

Pe lângă clasificarea centralelor nucleare după numărul de circuite, tipuri separate NPP în funcție de:

- tip de reactor - neutroni termici sau rapizi;

- parametrii și tipul de turbine cu abur, de exemplu, centralele nucleare cu turbine care utilizează abur saturat sau supraîncălzit;

- parametrii și tipul purtătorului de căldură - cu purtător de căldură gazos, purtător de căldură „apă sub presiune”, metal lichid etc;

- caracteristicile de proiectare ale reactorului, de exemplu, cu reactoare de tip canal sau vas, care fierb cu circulație naturală sau forțată etc .;

- tipul de moderator al reactorului, de exemplu, un moderator de grafit sau apă grea etc.

Cea mai completă caracteristică a unei centrale nucleare unește toate clasificările, de exemplu,

Novovoronezh o centrală nucleară cu două circuite cu un reactor termic de tip vas cu un agent de răcire „cu apă sub presiune” și turbine cu aburi saturate;

Leningradskaya centrală nucleară cu un singur circuit cu reactor termic de tip canal cu moderator de grafit și turbine cu aburi saturate;

Shevchenkivska o centrală nucleară cu trei circuite cu reactor rapid răcit cu sodiu și turbine cu abur supraîncălzit.

Probleme tehnice de neproliferare a materialelor nucleare. Aspecte economice ale utilizării energiei nucleare. Componentele de cost ale producției de energie electrică la centralele nucleare. Dezafectarea unei centrale nucleare. Consecințele economice ale accidentelor grave. Aspecte sociale ale dezvoltării energiei nucleare.

Trimite-ți munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Folosiți formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

Introducere

2. Reactor nuclear. Tipuri de reactoare nucleare

Concluzie

Introducere

În a doua jumătate a anilor 40. Oamenii de știință sovietici au început să dezvolte primele proiecte pentru utilizarea pașnică a energiei atomice, a cărei direcție generală a devenit imediat industria energiei electrice.

Prima centrală nucleară industrială din lume cu o putere de 5 MW a fost lansată pe 27 iunie 1954 în URSS, în orașul Obninsk, situat în regiunea Kaluga.

Civilizația modernă este de neconceput fără energie electrică. Producția și utilizarea energiei electrice crește în fiecare an. Energia eliberată în reacțiile nucleare este de milioane de ori mai mare decât cea dată de convențional reacții chimice(de exemplu, o reacție de ardere), astfel încât puterea calorică a combustibilului nuclear să fie nemăsurabil mai mare decât cea a combustibilului convențional. Principalul principiu de funcționare al unei centrale nucleare este utilizarea combustibilului nuclear pentru a genera electricitate.

Acest proiect este dedicat subiectului „Centrale nucleare”. Relevanța acestui subiect se datorează interesului crescut stiinta moderna către energia nucleară în legătură cu nevoile tot mai mari de energie ale omenirii. Scopul lucrării este de a studia principiile de funcționare a centralelor nucleare, echipamentele utilizate la centralele nucleare, mecanismele reacțiilor nucleare, precum și metodele de asigurare a siguranței Centrale nucleare... Lucrarea prezintă: cea mai importantă clasificare a instalațiilor nucleare, structura și principiul de funcționare al unui reactor nuclear, ciclurile termodinamice ale unei instalații de turbină cu abur și metodele de creștere a eficienței acesteia, precum și exemple de reacții nucleare și reacții de fuziune termonucleare.

1. Clasificarea centralelor nucleare

centrală nucleară energie nucleară

Centralele nucleare sunt clasificate în funcție de următorii parametri:

1. Numărul de contururi.

2. Tipul reactoarelor. Reactoarele sunt împărțite în reactoare termice și rapide.

3. Tipul de turbine: abur saturat sau supraîncălzit.

4. Tipul purtătorului de căldură - gaz, apă, metal lichid.

5. Caracteristici de proiectare reactoare, cum ar fi reactoare de tip canal sau reactoare de tip rezervor.

6. Tipul de moderator: grafit sau apă grea.

Cea mai importantă clasificare a centralelor nucleare este clasificarea după numărul de circuite. Numărul de circuite este selectat ținând seama de cerințele pentru asigurarea funcționării în siguranță a unității Situații de urgență... O creștere a numărului de circuite este asociată cu apariția unor pierderi suplimentare în ciclu și, în consecință, o scădere a eficienței NPP.

Funcționarea unei centrale nucleare se bazează pe conversia energiei obținute în timpul unei reacții nucleare în energie electrică. Această transformare are loc în mai multe etape.

În sistemul oricărei centrale nucleare, se disting un lichid de răcire și un fluid de lucru. După cum știți, în stațiile de operare, procesul de conversie a sursei de energie în căldură are loc în mod continuu și în cazul întreruperii eliminării căldurii, va avea loc o supraîncălzire inevitabilă a instalației. În consecință, împreună cu sursa, este nevoie de un consumator de energie termică, care să preia căldură și fie să o transforme în alte forme de energie, fie să o transfere în alte sisteme. Transferul de căldură de la sursă la consumator se efectuează cu ajutorul unui purtător de căldură, adică scopul agentului de răcire este de a îndepărta căldura care este eliberată în reactor. Apa a devenit răspândită în reactoarele de putere, care, datorită capacității sale termice ridicate, nu necesită cheltuieli mari, dar necesită o presiune crescută. Un mediu care transformă energia termică în energie mecanică, adică funcționează, este un corp de lucru. Mediul de lucru la o centrală nucleară este vaporii de apă. Cerințele pentru curățenia fluidului de lucru furnizat turbinei și lichidului de răcire, care este întotdeauna radioactiv, sunt foarte mari, de aceea necesită circuite închise. Dacă circuitele lichidului de răcire și ale fluidului de lucru nu sunt separate, NPP se numește un singur circuit. Generarea de abur are loc în reactor, aburul este trimis la turbină, unde produce o lucrare care este transformată în electricitate în generator. După ce s-a condensat tot aburul din condensator, condensul este pompat înapoi în reactor. Astfel de reactoare funcționează cu circulația forțată a lichidului de răcire, pentru care este instalată o pompă de circulație principală. Astfel, conturul lichidului de răcire este în același timp conturul fluidului de lucru. În circuitele cu o singură buclă, toate echipamentele funcționează în condiții de radiații active, ceea ce complică repararea acestuia.

Orez. 1 Diagrama termică a centralei nucleare: a - circuit unic; b - circuit dublu; в - trei circuite; 1 - reactor; 2 - turbină; 3- generator turbo; 4- unitate de condensare; 5- pompa de condens; b - sistem de încălzire regenerativ cu apă de alimentare; 7 - pompa de alimentare; 8 - generator de abur; 9 - pompa de circulație a circuitului reactorului; 10 - pompa de circulație a circuitului intermediar

Dacă circuitele lichidului de răcire și ale fluidului de lucru sunt separate, atunci NPP se numește circuit dublu. În consecință, circuitul de lichid de răcire se numește primul, iar circuitul fluidului de lucru se numește al doilea. La o stație cu dublu circuit, este necesar un generator de abur, care separă primul și al doilea circuit. În astfel de scheme, numai circuitul reactorului este radioactiv, în care lichidul de răcire este pompat prin generatorul de abur, în care eliberează căldură fluidului de lucru al celui de-al doilea circuit, fără a-l contacta, și este alimentat înapoi în reactor de către pompă de circulație. Al doilea circuit include echipamente care funcționează în absența activității de radiații - acest lucru simplifică repararea echipamentului. Aburul din generatorul de abur intră în turbină, apoi în condensator și revine la generatorul de abur de către pompă. Transferul de căldură într-un generator de abur necesită o diferență de temperatură între lichidul de răcire și fluidul de lucru. Pentru un purtător de căldură cu apă, aceasta înseamnă că presiunea din primul circuit trebuie să fie mai mare decât în al doilea.

Dacă o centrală nucleară nu folosește apă ca agent de răcire, ci, de exemplu, un agent de răcire precum sodiul lichid, atunci pentru funcționarea normală a centralei este necesar să se creeze un circuit intermediar suplimentar. În timpul funcționării, pot apărea scurgeri în anumite secțiuni ale generatorului de abur datorită diferenței de presiune dintre primul și al doilea circuit. Astfel, poate apărea o revărsare a lichidului de răcire, ceea ce duce la contaminarea radioactivă a celui de-al doilea circuit. Deoarece sodiul lichid interacționează intens cu aburul și apa, există pericolul de eliberare a substanțelor radioactive în spațiile deservite. Prin urmare, se creează un circuit intermediar suplimentar pentru a evita contactul sodiului radioactiv cu apa sau vaporii de apă chiar și în situații de urgență. O astfel de centrală nucleară se numește trei circuite.

2. Reactorul nuclear și tipurile acestuia

Inima fiecărei centrale nucleare este un reactor nuclear, un dispozitiv în care are loc o reacție nucleară în lanț controlată. În prezent, izotopii de uraniu - U235 și U238, precum și Pu239 pot fi folosiți drept combustibil nuclear. Fisiunea nucleelor are loc sub acțiunea neutronilor cu o anumită energie (valoarea acestei energii trebuie să se situeze într-un anumit interval: o particulă mai lentă sau mai rapidă va fi pur și simplu respinsă din nucleu fără a pătrunde în el). Există două tipuri de neutroni: rapid și lent. Neutroni tipuri diferite afectează diferit nucleele elementelor fisibile.

În reactoarele nucleare care utilizează neutroni termici, izotopul uraniului U235 este utilizat ca combustibil nuclear, a cărui fisiune are loc numai dacă neutronii sunt încetiniți de 3-4 ori în comparație cu cei rapidi. Prin urmare, pentru a controla reacția în lanț din reactoare, se utilizează materiale în care neutronii își pierd o parte din energie. Astfel de materiale care reduc viteza neutronilor se numesc moderatori ai reacției nucleare. Buni moderatori de neutroni sunt grafit, apă obișnuită și grea, compuși de beriliu.

Un reactor nuclear este format dintr-un miez și un reflector. Miezul conține un moderator și combustibil nuclear, care este conținut în pilele de combustibil numite tije de combustibil. Lichidul de răcire curge prin miezul reactorului. De obicei, aceasta este apă normală, dar poate fi utilizat și grafit lichid și apă grea. Reactorul pornește atunci când tijele absorbante de neutroni sunt îndepărtate din miezul său.

Orez. 2 Dispunerea schematică a unui reactor termic: 1 - tija de control; 2 - protecție împotriva radiațiilor; 3 - izolație termică; 4 - retarder; 5 - combustibil nuclear; 6 - lichid de răcire

În prezent, există două tipuri de reactoare nucleare VVER (reactor cu apă sub presiune) și RBMK (reactor cu canal de mare putere). Diferența este că RBMK este un reactor cu apă clocotită, în timp ce VVER folosește apă sub o presiune de 120 de atmosfere.

TVEL este un element combustibil. Acestea sunt tije într-o coajă de zirconiu, în interiorul cărora se află tablete de dioxid de uraniu.

Reactoarele rapide utilizează izotopul de uraniu U238 și plutoniu Pu239 ca combustibil nuclear. Astfel de reactoare sunt foarte diferite de toate celelalte tipuri de reactoare. Scopul său principal este de a asigura creșterea extinsă a plutoniului fisil din U238 pentru a arde tot sau o parte semnificativă a uraniului natural, precum și rezervele existente de uraniu sărăcit. Odată cu dezvoltarea puterii reactoarelor rapide, problema autosuficienței energiei nucleare cu combustibil poate fi rezolvată.

În primul rând, nu există un moderator într-un reactor cu neutroni rapid. În acest sens, nu U235 este utilizat ca combustibil, ci Pu239 și U238, care pot fi fisionate de la neutroni rapidi. Plutoniul este necesar pentru a asigura o densitate suficientă a fluxului de neutroni pe care U238 singur nu o poate asigura. Eliberarea de căldură a unui reactor de neutroni rapid este de zece până la cincisprezece ori mai mare decât eliberarea de căldură a reactoarelor de neutroni liniți și, prin urmare, în loc de apă (care pur și simplu nu poate face față unui astfel de volum de energie pentru transfer), se utilizează topitura de sodiu ( temperatura de intrare este de 370 grade, iar la ieșire - 550). Prin urmare, pentru funcționarea normală a unei centrale nucleare cu reactor rapid cu neutroni, este necesar un al treilea circuit. În timpul funcționării unui astfel de reactor, are loc o eliberare foarte intensă de neutroni, care sunt absorbiți de stratul U238 situat în jurul nucleului. Aceasta transformă uraniul în Pu239, care, la rândul său, poate fi utilizat în reactor ca element fisibil.

În prezent, reactoarele rapide nu sunt utilizate pe scară largă, în principal din cauza complexității proiectării și a problemei obținerii unor materiale suficient de stabile pentru piesele structurale. Se crede că astfel de reactoare vor deveni răspândite în viitor.

3. Funcționarea principalelor echipamente tehnologice ale centralei nucleare

Principalul echipamente tehnologice NPP este prezentat în Fig. 1.

Prin circulația prin miezul reactorului și spălarea elementelor de combustibil, lichidul de răcire primește căldură. Această circulație este efectuată de pompa principală de circulație. Natura monofazată a lichidului de răcire face necesară includerea unui compensator de volum (presiune) în echipamentul NPP, sarcina căruia într-un NPP cu un singur circuit este realizat de un tambur separator. Un generator de abur este o unitate obligatorie a unei centrale NPP cu două și trei circuite. Trecând în interiorul tuburilor de schimb de căldură ale generatorului de abur, agentul de răcire primar degajă căldură apei secundare, care se transformă în abur. Aburul este trimis către o turbină cu abur, un dispozitiv conceput pentru a converti energia termică în energie mecanică. Principiul de funcționare al oricărei turbine este similar cu principiul de funcționare al unei mori de vânt. Aburul din turbină rotește lamele dispuse în cerc pe rotor. Rotorul turbinei este conectat rigid la rotorul generatorului, care generează un curent electric. Parametrii turbinei și schema de proiectare diferă - pentru un agent de răcire a apei este o turbină cu abur saturată de presiune medie, pentru una lichid-metalică - o turbină cu abur supraîncălzită de înaltă presiune. Într-o turbină, aburul, care se extinde adiabatic, funcționează. De acolo, aburul de evacuare este direcționat către condensator. Condensatorul joacă un rol dublu în instalație: în primul rând, are spații de abur și apă separate de o suprafață prin care are loc schimbul de căldură între aburul de evacuare și apa de răcire. Prin urmare, condensatul de abur poate fi utilizat ca apă ideală fără săruri dizolvate. În al doilea rând, în condensator, datorită unei scăderi accentuate a volumului specific de abur în timpul transformării sale într-o stare picătură-lichid, apare un vid care, fiind menținut pe tot parcursul funcționării instalației, permite aburului să se extindă în turbină de încă o atmosferă și, prin urmare, efectuați lucrări suplimentare.

Condensatul rezultat este aspirat continuu din condensator de către pompă, comprimat și trimis din nou către aparatul generator de abur - un reactor sau un generator de abur.

Astfel, procesul tehnologic de generare a energiei electrice la centralele nucleare include: ridicarea temperaturii condensatului la temperatura de saturație și obținerea aburului din acesta, extinderea aburului în turbină cu o scădere a presiunii și temperaturii de la valoarea inițială din fața turbina la valoarea corespunzătoare vidului din condensator. Astfel, instalația reactorului poate fi reprezentată sub forma unui motor termic în care se efectuează un anumit ciclu termodinamic. Ciclul teoretic al unei centrale electrice moderne cu abur este ciclul Rankine.

Linia K din diagrame este o linie de separare: cu parametrii corespunzători pentru toate punctele situate pe diagramă deasupra acestei linii, există doar abur, dedesubt - un amestec de abur-apă.

Aburul umed din condensator este complet condensat conform izobarului p2 = const (linia 2 - 3). Apoi apa este comprimată de o pompă de la presiunea P2 la presiunea P1, acest proces adiabatic este descris în diagrama T-S de segmentul vertical 3-4.

Valoarea mică a segmentului adiabatului 3-4 indică o cantitate mică de muncă cheltuită de pompă pentru comprimarea apei. Cantitatea mică de muncă de compresie în comparație cu cantitatea de muncă produsă de abur în timpul expansiunii 1-2 este un avantaj important al ciclului Rankine.

Din pompă, apa sub presiunea P2 pătrunde în generatorul de abur, unde căldura este alimentată izobaric (procesul 4-5 P1 = const). În primul rând, apa din generatorul de abur este încălzită până la fierbere (secțiunea 4-5 izobare P1 = const) și apoi, la atingerea punctului de fierbere, are loc procesul de vaporizare (secțiunea 5-6 izobare P1 = const). În secțiunea 6-1, aburul este supraîncălzit în generatorul de abur, după care aburul intră în turbină. Procesul de expansiune în turbină este descris de adiabat 1-2.Deșeurile de abur umed pătrund în condensator și ciclul este închis.

Eficiența transformării căldurii în lucru într-un ciclu reversibil se caracterizează prin eficiența termică, determinată de formula:

unde lc este opera ciclului, q1 este căldura furnizată.

În acest ciclu, activitatea ciclului lc este diferența dintre munca primită în turbina lt și cheltuită în pompa ln.

Prin urmare, expresia pentru eficiența termică a ciclului va lua forma:

Lт - lн / q1

Toate procesele care alcătuiesc ciclul unei centrale cu turbină cu abur au loc în fluxul de materie. Prin urmare, atunci când le analizăm, ar trebui aplicată ecuația primei legi a termodinamicii pentru flux:

q1 = i2 - i1 + w22 / 2 - w12 / 2 + ltech

Considerăm activitatea turbinei și a pompei ca munca tehnica ltech. În acest caz, activitatea procesului de expansiune adiabatică a aburului în turbină, cu condiția ca energia sa cinetică la intrarea și ieșirea din turbină să fie egală:

În aceeași condiție, valoarea absolută a procesului adiabatic de comprimare a apei în pompă va fi:

Atunci eficiența termică a ciclului Rankine poate fi reprezentată ca:

? = [(i2 - i1) - (i3 - i2)] / (i1 - i3)

Lucrarea specifică a pompei în valoare absolută este de obicei mai mică de 3-4% din activitatea turbinei, prin urmare, uneori această lucrare este neglijată în calcule.

ii sunt valorile entalpiei apei și aburului în punctele corespunzătoare din ciclu, ele pot fi găsite fie folosind tabelele corespunzătoare.

Posibilitatea creșterii eficienței termice a ciclului Rankine prin creșterea presiunii inițiale a aburului este limitată de cerința de a nu depăși valoarea limită a umezelii aburului la sfârșitul expansiunii în turbină în condiția funcționării sale sigure. Acest lucru poate fi evitat prin schimbarea configurației ciclului prin introducerea supraîncălzirii secundare a aburului la o anumită presiune intermediară. Pentru aceasta se folosește o turbină în două trepte, formată dintr-un cilindru de înaltă presiune și mai mulți cilindri. presiune scăzută... Așa-numita supraîncălzire a aburului are loc într-un element special al instalației - un supraîncălzitor, unde aburul este încălzit la o temperatură care depășește temperatura de saturație la o presiune dată P1. În acest caz, temperatura medie a alimentării cu căldură crește în comparație cu temperatura de alimentare cu căldură din ciclu fără supraîncălzire și, prin urmare, crește eficiența termică a ciclului. Ciclul Rankine cu supraîncălzire cu abur este ciclul principal al centralelor termice utilizate în ingineria modernă a energiei termice.

Orez. 3 Ciclul Rankine cu supraîncălzire secundară a aburului în diagrama T-S

Aburul de la generatorul de abur este direcționat către un cilindru de înaltă presiune (HPC), o parte din abur fiind luată pentru supraîncălzire. Extindându-se în cilindrul de înaltă presiune (proces în diagrama 1-a), aburul funcționează. După HPC, aburul este trimis la supraîncălzitor, unde, datorită răcirii părții de abur luate la început, este uscat și încălzit la o temperatură mai mare (dar deja la o presiune mai mică, procesează ab în diagramă) și intră în cilindrii de joasă presiune ai turbinei (LPC) ... În LPC, aburul se extinde, efectuează din nou lucrarea (procesul b-2 din diagramă) și intră în condensator. Restul proceselor corespund proceselor din ciclul Rankine de mai sus. Eficiența unui ciclu cu supraîncălzire intermediară a aburului este determinată de formula:

? = (lCHVD + lCHND - lN) / q1 = ((i1 - ia) + (ib - i2) - (i3 - i2)) / ((i1 - i3) + (ib - ia)

În funcție de alegerea presiunii la care se efectuează supraîncălzirea secundară a aburului, eficiența ciclului cu supraîncălzire secundară poate fi mai mare sau mai mică decât eficiența ciclului fără supraîncălzire secundară. Într-adevăr, un ciclu cu supraîncălzire secundară a aburului poate fi reprezentat ca o combinație de două cicluri - ciclul inițial 1-с-2ґ-3-1 și a-b-2-c-a suplimentar. Deoarece ambele cicluri au aceeași temperatură de eliminare a căldurii T2, ciclul total va avea o eficiență termică mai mare decât cea inițială, cu condiția ca temperatura medie Tav a alimentării cu căldură în ciclul suplimentar să fie mai mare decât în cel inițial. La rândul său, temperatura medie a alimentării cu căldură în ciclul suplimentar depinde de temperatura apariției supraîncălzirii secundare, care este determinată de presiunea la care are loc această supraîncălzire. Odată cu scăderea presiunii și, în consecință, a temperaturii, temperatura medie a alimentării cu căldură în ciclul suplimentar scade, dar munca obținută în acest ciclu și contribuția sa la munca totală a ciclului complex cresc. Datorită influenței opuse a acestor doi factori, există o valoare optimă a temperaturii apariției supraîncălzirii secundare a aburului, la care se asigură creșterea maximă a eficienței termice a ciclului cu supraîncălzirea intermediară a aburului. Utilizarea supraîncălzirii secundare a aburului face posibilă creșterea eficienței centralei cu turbină cu abur cu 4 -5%.

Încălzirea regenerativă a apei de alimentare

În tehnica de încălzire, cuvântul „regenerare” înseamnă întoarcerea unei părți a căldurii reziduale pentru utilizarea sa ulterioară în instalație. Încălzirea regenerativă a apei de alimentare se numește încălzirea condensului care vine de la condensator la reactor (în cazul unui NPP cu un singur circuit) sau la generatorul de abur (în cazul unui NPP cu dublu circuit). Valoarea redusă a eficienței ciclului Rankine în comparație cu ciclul Carnot se datorează faptului că o cantitate mare de energie termică în timpul condensării aburului este transferată în apa de răcire din condensator.

Pentru a reduce pierderile, o parte din aburul din turbină este retras și trimis la încălzitoarele de regenerare, unde energia termică degajată în timpul condensării aburului retras este utilizată pentru a încălzi apa obținută după condensarea fluxului principal de abur. În ciclurile reale de putere a aburului, regenerarea se realizează folosind schimbătoare de căldură regenerative, de suprafață sau de amestecare, fiecare primind abur din etapele intermediare ale turbinei (așa-numita extracție regenerativă).

4. Reacții nucleare. Fuziunea termonucleară

Atomul este elementul de bază al universului. Există doar aproximativ o sută de atomi de diferite tipuri. Majoritatea elementelor sunt stabile (de exemplu, oxigenul și azotul din atmosferă; carbonul, oxigenul și hidrogenul sunt principalii constituenți ai corpului nostru și ai tuturor celorlalte organisme vii). Alte elemente, în mare parte foarte grele, sunt instabile, ceea ce înseamnă că se dezintegrează spontan, dând naștere altor elemente. Această transformare se numește reacție nucleară.

Reacțiile nucleare sunt transformări ale nucleilor atomici atunci când interacționează cu particule elementare, r-cuante sau între ele.

Reacțiile nucleare sunt împărțite în două tipuri: fisiunea nucleară și fuziunea termonucleară.

Fisiunea nucleară este procesul de divizare a unui nucleu atomic în două (mai rar trei) nuclee cu mase similare, numite fragmente de fisiune. Ca rezultat al fisiunii, pot apărea și alți produși de reacție: nuclei ușori (în special particule alfa), neutroni și cuante gamma. Diviziunea este spontană (spontană) și forțată.

Spontan (spontan) este fisiunea nucleelor, în timpul căreia unele nuclee destul de grele se dezintegrează în două fragmente cu mase aproximativ egale.

Fisiunea spontană a fost descoperită pentru prima dată pentru uraniul natural. Ca orice alt tip de dezintegrare radioactivă, fisiunea spontană se caracterizează printr-un timp de înjumătățire (perioada de fisiune). Timpul de înjumătățire pentru fisiunea spontană variază pe o gamă foarte largă pentru diferite nuclee (de la 1018 ani pentru 93Np237 la câteva zecimi de secundă pentru elementele transuranice).

Fisiunea forțată a nucleelor poate fi cauzată de orice particule: fotoni, neutroni, protoni, deuteroni, particule b etc., dacă energia pe care o aduc în nucleu este suficientă pentru a depăși bariera de fisiune. Pentru energia nucleară mai mare importanță fisiunea cauzată de jocurile de neutroni. Reacția de fisiune a nucleelor grele a fost efectuată pentru prima dată pe uraniul U235. Pentru ca nucleul de uraniu să se dezintegreze în două fragmente, i se conferă o energie de activare. Nucleul de uraniu primește această energie prin captarea unui neutron. Nucleul intră într-o stare excitată, se deformează, apare o „punte” între părțile nucleului, iar sub acțiunea forțelor respingătoare Coulomb, nucleul fisionează în două fragmente de masă inegală. Ambele fragmente sunt radioactive și emit 2 sau 3 neutroni secundari.

Orez. 4 Fisiunea unui nucleu de uraniu

Neutronii secundari sunt absorbiți de nucleii de uraniu vecini, ceea ce determină fisiunea lor. În condiții adecvate, poate avea loc un proces de auto-dezvoltare a fisiunii în masă a nucleelor, numit reacție în lanț nuclear. Această reacție este însoțită de eliberarea de energie colosală. De exemplu, cu arderea completă a 1 g de uraniu, se eliberează 8,28 1010 J de energie. O reacție nucleară se caracterizează printr-un efect termic, care este diferența dintre masele de repaus ale nucleelor care intră într-o reacție nucleară și nucleele formate ca urmare a reacției, adică efectul energetic al unei reacții nucleare este determinat în principal de diferența de masă a nucleelor finale și inițiale. Pe baza echivalenței energiei și a masei, este posibil să se calculeze energia eliberată sau consumată în cursul unei reacții nucleare, dacă știți exact masa tuturor nucleilor și particulelor care participă la reacție. Conform Legii lui Einstein:

E = (mA + mx - mB - my) c2

unde mА și mх sunt masele nucleului țintă și respectiv nucleul (particule) de bombardare;

mB și my sunt masele și nucleele formate ca urmare a reacției.

Cu cât este eliberată mai multă energie în timpul formării unui nucleu, cu atât este mai puternică. Energia de legare a nucleului este cantitatea de energie necesară pentru a descompune nucleul unui atom în părțile sale constitutive - nucleoni (protoni și neutroni).

Un exemplu de reacție în lanț de fisiune necontrolată este explozia unei bombe atomice, o reacție nucleară controlată are loc în reactoarele nucleare.

Fuziunea termonucleară este inversul fisiunii atomice, fuziunea nucleilor atomici ușori în nuclei mai grei, care are loc la o temperatură ultra înaltă și este însoțită de eliberarea de numere uriașe energie. Implementarea fuziunii termonucleare controlate va oferi omenirii o nouă sursă de energie ecologică și practic inepuizabilă, care se bazează pe coliziunea nucleelor de izotopi de hidrogen, iar hidrogenul este substanța cea mai răspândită în Univers.

Procesul de fuziune se desfășoară cu o intensitate vizibilă numai între nucleele ușoare cu o sarcină pozitivă mică și numai la temperaturi ridicate, când energia cinetică a nucleelor care se ciocnesc este suficientă pentru a depăși bariera potențială Coulomb. Reacțiile dintre izotopii grei de hidrogen (deuteriu 2H și tritiu 3H) cu formarea nucleilor de heliu puternic legați se desfășoară la o rată incomparabil mai mare.

2D + 3T> 4He (3,5 MeV) + 1n (14,1 MeV)

Aceste reacții prezintă cel mai mare interes pentru problema fuziunii termonucleare controlate. Deuteriul se găsește în apa de mare. Rezervele sale sunt în general disponibile și foarte mari: ponderea deuteriului reprezintă aproximativ 0,016% din numărul total de atomi de hidrogen care alcătuiesc apa, în timp ce oceanele lumii acoperă 71% din suprafața Pământului. Reacția cu participarea tritiului este mai atractivă, deoarece este însoțită de o eliberare mare de energie și se desfășoară într-un ritm semnificativ. Tritiul este radioactiv (timp de înjumătățire de 12,5 ani) și nu apare în mod natural. În consecință, pentru a asigura funcționarea reactorului termonuclear propus care utilizează tritiu ca combustibil nuclear, trebuie prevăzută posibilitatea creșterii tritiului.

Reacția cu așa-numitul izotop lunar 3He are o serie de avantaje față de reacția deuteriu-tritiu cea mai atinsă în condiții terestre.

2D + 3He> 4He (3,7 MeV) + 1p (14,7 MeV)

Avantaje:

1.3 Nu este radioactiv.

2. Flux de neutroni de zece ori mai mic din zona de reacție, ceea ce reduce brusc radioactivitatea indusă și degradarea materialelor structurale ale reactorului;

3. Protonii rezultați, spre deosebire de neutroni, sunt ușor capturați și pot fi utilizați pentru generarea suplimentară de energie electrică.

Abundența izotopică naturală de 3He în atmosferă este de 0,000137%. Majoritatea celor 3He de pe Pământ au supraviețuit de la formarea sa. Se dizolvă în manta și intră treptat în atmosferă. Pe Pământ, este exploatat în cantități foarte mici, în valoare de câteva zeci de grame pe an.

Heliul-3 este un produs secundar al reacțiilor solare. Drept urmare, Luna, care nu are atmosferă, conține până la 10 milioane de tone din această substanță valoroasă (conform estimărilor minime, 500 de mii de tone). În timpul fuziunii termonucleare, când intră în reacție 1 tonă de heliu-3 cu 0,67 tone de deuteriu, se eliberează energie echivalentă cu arderea a 15 milioane de tone de ulei (cu toate acestea, fezabilitatea tehnică a acestei reacții nu a fost încă studiată). În consecință, resursa lunară de heliu-3 ar trebui să fie suficientă pentru populația planetei noastre cel puțin pentru următorul mileniu. Principala problemă rămâne realitatea extracției heliului din solul lunar. Conținutul de heliu-3 din regolit este de ~ 1 g la 100 de tone. Prin urmare, pentru a extrage o tonă din acest izotop, ar trebui procesate cel puțin 100 de milioane de tone de sol. Temperatura la care este posibilă reacția de fuziune termonucleară atinge o valoare de ordinul 108 - 109 K. La această temperatură, substanța se află într-o stare complet ionizată, numită plasmă. Astfel, construcția reactorului presupune: obținerea plasmei încălzite la temperaturi de sute de milioane de grade; păstrarea configurației plasmei pentru o perioadă de timp pentru apariția reacțiilor nucleare.

Energia de fuziune are avantaje importante față de centralele nucleare: folosește deuteriu absolut non-radioactiv și izotopul heliu-3 și tritiu radioactiv, dar în volume care sunt de mii de ori mai mici decât în energia nucleară. Și în posibile situații de urgență, fundalul radioactiv de lângă o centrală termonucleară nu va depăși indicatorii naturali. În același timp, pe unitate de greutate a combustibilului termonuclear, se obține aproximativ 10 milioane de ori mai multă energie decât atunci când se arde combustibil fosil și de aproximativ 100 de ori mai mult decât atunci când fisiunea nucleelor de uraniu. ÎN condiții naturale reacțiile termonucleare au loc în interiorul stelelor, în special în regiunile interioare ale soarelui și servesc drept sursă constantă de energie care determină radiația lor. Arderea hidrogenului în stele are loc la o rată scăzută, dar dimensiunea gigantică și densitatea stelelor asigură emisia continuă a fluxurilor uriașe de energie timp de miliarde de ani.

Tot elemente chimice planeta noastră și universul în ansamblu s-au format ca urmare a reacțiilor termonucleare care au loc în miezul stelelor. Reacțiile termmonucleare din stele duc la o schimbare treptată a compoziției chimice a materiei stelare, care determină restructurarea stelei și progresul acesteia de-a lungul căii evolutive. Prima etapă a evoluției se încheie cu epuizarea hidrogenului în regiunile centrale ale stelei. Apoi, după o creștere a temperaturii cauzată de comprimarea straturilor centrale ale stelei, lipsite de surse de energie, devin eficiente reacțiile termonucleare de ardere a heliului, care sunt înlocuite de arderea C, O, Si și a elementelor ulterioare - până la Fe și Ni. Anumite reacții termonucleare corespund fiecărei etape a evoluției stelare. Primele din lanțul acestor reacții nucleare sunt reacțiile termonucleare cu hidrogen. Procesează în două moduri, în funcție de temperatura inițială din centrul stelei. Prima cale este ciclul hidrogenului, a doua cale este ciclul CNO.

Ciclul hidrogenului:

1H + 1H = 2D + e + + v +1,44 MeV

2D + 1H = 3He + r +5,49 MeV

I: 3He + 3He = 4He + 21H + 12,86 MeV

sau 3He + 4He = 7Be + r + 1,59 MeV

7Be + e- = 7Li + v + 0,862 MeV sau 7Be + 1H = 8B + r + 0,137 MeV

II: 7Li + 1H = 2 4He + 17,348 MeV 8B = 8Be * + e + + v + 15,08 MeV

III. 8Be * = 2 4He + 2,99 MeV

Ciclul hidrogenului începe cu reacția de coliziune a doi protoni (1H sau p) cu formarea unui nucleu de deuteriu (2D). Deuteriul reacționează cu un proton, formând un izotop luminos (lunar) de heliu 3He cu emisia unui foton gamma (g). Izotopul lunar 3He poate reacționa în două moduri diferite: atunci când doi nuclei 3He se ciocnesc, formează 4He cu despărțirea a doi protoni, sau 3He se combină cu 4He și dă 7Be. Acesta din urmă, la rândul său, captează fie un electron (e-), fie un proton, iar o altă ramificare a protonului - apare lanțul de reacții al protonului. Ca rezultat, ciclul hidrogenului se poate termina în trei moduri diferite I, II și III. Pentru implementarea ramurii I, primele două reacții ale lui V. din c. trebuie realizat de două ori, deoarece în acest caz două nuclee 3He dispar odată. În ramura III, neutrinii energetici sunt emiși în special în timpul degradării nucleului de bor 8B cu formarea unui nucleu de beriliu instabil într-o stare excitată (8Be *), care se descompune aproape instantaneu în doi nuclei 4He. CNO-cycle este un set de trei legate între ele sau, mai exact, parțial cicluri care se suprapun: CN, NO I, NO II. Sinteza heliului din hidrogen în reacțiile acestui ciclu are loc cu participarea catalizatorilor, al căror rol este jucat de mici amestecuri ale izotopilor C, N și O în materia stelară.

Principala cale de reacție a ciclului CN:

12C + p = 13N + r +1,95 MeV

13N = 13C + e + + n +1,37 MeV

13C + p = 14N + r +7,54 MeV (2.7106 ani)

14N + p = 15O + r +7,29 MeV (3.2108 ani)

15O = 15N + e + + n + 2,76 MeV (82 secunde)

15N + p = 12C + 4He + 4,96 MeV (1,12 105 ani)

Esența acestui ciclu constă în sinteza indirectă a unei particule b de la patru protoni în timpul captării lor secvențiale de către nuclei, începând de la 12C.

În reacția cu captarea unui proton de către nucleul 15N, este posibil încă un rezultat - se formează un nucleu 16O și se naște un nou ciclu NO-ciclu.

Are exact aceeași structură ca bucla CN:

14N + 1H = 15O + g +7,29 MeV

15O = 15N + e + + n + 2,76 MeV

15N + 1H = 16O + g +12,13 MeV

16O + 1H = 17F + r +0,60 MeV

17F = 17O + e + + n + 2,76 MeV

17O + 1H = 14N + 4He +1,19 MeV

NO-ciclu I crește rata de eliberare a energiei în ciclul CN, crescând numărul de nuclee catalizatoare ale ciclului CN.

Ultima reacție a acestui ciclu poate avea, de asemenea, un rezultat diferit, dând naștere unui alt ciclu NO II:

15N + 1H = 16O + g +12,13 MeV

16O + 1H = 17F + r +0,60 MeV

17F = 17O + e + + n + 2,76 MeV

17O + 1H = 18F + r +5,61 MeV

18O + 1H = 15N + 4He +3, 98 MeV

Astfel, ciclurile CN, NO I și NO II formează un ciclu triplu CNO.

Există încă un al patrulea ciclu foarte lent, ciclul OF, dar rolul său în producția de energie este neglijabil. Cu toate acestea, acest ciclu este foarte important în explicarea originii 19F.

17O + 1H = 18F + r + 5,61 MeV

18F = 18O + e + + n + 1,656 MeV

18O + 1H = 19F + r + 7,994 MeV

19F + 1H = 16O + 4He + 8.114 MeV

16O + 1H = 17F + r + 0,60 MeV

17F = 17O + e + + n + 2,76 MeV

Odată cu arderea explozivă a hidrogenului în straturile de suprafață ale stelelor, de exemplu, în timpul exploziei supernova, se pot dezvolta temperaturi foarte ridicate, iar natura ciclului CNO se schimbă dramatic. Se transformă în așa-numitul ciclu CNO fierbinte, în care reacțiile sunt foarte rapide și confuze.

Elemente chimice mai grele de 4 El începe să fie sintetizat numai după arderea completă a hidrogenului în regiunea centrală a stelei:

4He + 4He + 4He> 12C + r + 7.367 MeV

Reacții de ardere a carbonului:

12C + 12C = 20Ne + 4He +4,617 MeV

12C + 12C = 23Na + 1H -2.241 MeV

12C + 12C = 23Mg + 1n +2,599 MeV

23Mg = 23Na + e + + n + 8,51 MeV

12C + 12C = 24Mg + r +13.933 MeV

12C + 12C = 16O + 24He -0.113 MeV

24Mg + 1 H = 25Al + g

Când temperatura ajunge la 5 · 109 K, un număr mare de reacții variate au loc în stele în condiții de echilibru termodinamic, ca urmare a cărora se formează nuclei atomici până la Fe și Ni.

5. Energia nucleară și mediul înconjurător

Fezabilitatea construcției și funcționării centralelor nucleare este adesea pusă sub semnul întrebării din cauza pericolului de accidente care duc la eliberarea de substanțe radioactive în atmosferă. Este bine cunoscut faptul că substanțele radioactive (radionuclizii) au un efect dăunător asupra mediului și asupra oamenilor. Radionuclizii pot pătrunde în organism prin plămâni în timpul respirației, împreună cu mâncarea sau pot acționa asupra pielii. Efectele expunerii la radiații sunt variate și foarte periculoase. Cele mai grave daune cauzate de radiații provoacă boli de radiații, care pot duce la moartea unei persoane. Această boală se manifestă foarte repede - de la câteva minute la zi. Omenirea are deja o experiență amară de cunoaștere a consecințelor catastrofale ale eliberării substanțelor radioactive. Un exemplu în acest sens este accidentul de la centrala nucleară din Cernobîl în 1986. Ca urmare a exploziei de la stație, o cantitate colosală de substanțe radioactive a fost aruncată în spațiul înconjurător. Mișcarea unui nor radioactiv în atmosferă, depunerea radionuclizilor cu praf și ploaie, răspândirea solului și a apelor de suprafață contaminate cu izotopi radioactivi - toate acestea au dus la expunerea a sute de mii de oameni într-o zonă de peste 23 mii km2.

Dacă energia nucleară este complet abandonată, pericolul expunerii umane și amenințarea cu accidente nucleare vor fi complet eliminate. Dar apoi, pentru a satisface nevoile energetice, va fi necesară creșterea construcției de cogenerare și HPP. Și acest lucru va duce inevitabil la o poluare mare a atmosferei cu substanțe nocive, la acumularea unei cantități excesive de dioxid de carbon în atmosferă, la o încălcare a echilibrului termic la scară globală. Radiația este o forță formidabilă și periculoasă, dar cu un tratament adecvat este foarte posibil să lucrați cu ea. Este caracteristic faptul că cei mai puțin temători de radiații sunt cei care se ocupă în mod constant de ea și sunt bine conștienți de toate pericolele asociate cu aceasta. În prezent, siguranța reactoarelor primește multă atenție. Acest lucru este demonstrat, în special, de următoarea cifră: aproximativ 70% din toate cheltuielile pentru reactor sunt asociate cu protecția oamenilor de pe teritoriul centralei nucleare și nu numai. Problemele siguranței funcționării reactoarelor nucleare sunt discutate în detaliu și în mod rezonabil, iar garanțiile privind siguranța populației în apropierea centralelor nucleare nu sunt mai puțin fierbinți.

Cerințele stricte pentru protecția mediului conduc la faptul că experții propun să construiască în locuri adecvate un fel de centre nucleare, unde ar fi posibilă concentrarea mai multor reactoare de mare putere, precum și o instalație de reprocesare a combustibilului și o instalație de depozitare a deșeurilor radioactive . În jurul unor astfel de centre atomice ar exista complexe industriale și agricole care utilizează energia generată (inclusiv sub formă de hidrogen și apă dulce). Un astfel de complex nu ar fi doar mai eficient și mai economic, ci și mai bine protejat de eventuale accidente (sau sabotaje) decât centralele electrice și întreprinderile separate.

Centralele nucleare din a treia generație sunt mult mai sigure, deoarece au multe sisteme de protecție. În timpul funcționării unei centrale nucleare, asigurarea siguranței se bazează în principal pe metode adecvate de detectare și control, care garantează posibilitatea de avertizare în timp util a situațiilor periculoase. În cazul unui accident, sistemul de siguranță ar trebui să limiteze timpul scurgerii produselor de fisiune și să faciliteze restaurarea cea mai rapidă a condițiilor normale de funcționare a echipamentului, în primul rând așa-numitele bariere, care ar trebui să prevină sau să limiteze scurgerile.

Concluzie

După ce am studiat funcționarea centralelor nucleare, se poate ajunge la concluzia că acestea sunt cele mai fiabile și mod eficient producția de energie electrică. CNE nu produce dioxid de carbon și alte impurități dăunătoare formate în timpul arderii sale, care sunt disponibile, în primul rând, din cărbune și petrol, mai ales că aceste resurse vor fi epuizate și se vor epuiza în viitorul apropiat. Conta pe surse alternative energii precum energia vântului, lumina soarelui, refluxul și fluxul, este imposibil, deoarece nu pot furniza omenirii energie deplină. Energia nucleară este o industrie care se află într-un stadiu incipient al dezvoltării sale.

În prezent, cele mai frecvente sunt centralele nucleare cu două circuite, deoarece sunt mai sigure decât un singur circuit și mai economice decât trei circuite. Ciclul principal al unei centrale cu turbină cu abur este un ciclu Rankine cu supraîncălzire secundară a aburului, completat de un sistem de încălzire regenerativă a apei de alimentare.

Prezența diferitelor tehnologii nucleare, competitivitate economică dovedită și siguranță tehnică, perspectiva dezvoltării de reactoare nucleare folosind neutroni termici, precum și reactoare care efectuează o reacție de fuziune controlată, în opinia mea, fac din energia nucleară un favorit în furnizarea unei cote semnificative producerea de energie în prezent și în viitor.

Bibliografie

1. T.Kh. Margulova „Centrale nucleare”. 1978 an

2. A.A. Aleksandrov "Fundamente termodinamice ale ciclurilor centralelor termice" M.: Editura MEI, 2004

Postat pe Allbest.ru

...

Documente similare

Istoria creării centralelor nucleare industriale. Principiul de funcționare al unei centrale nucleare cu un reactor de apă cu presiune cu circuit dublu. Caracteristicile celor mai mari centrale electrice din lume. Impactul centralelor nucleare asupra mediului. Perspective pentru utilizarea energiei nucleare.

rezumat, adăugat 27.03.2015

Producția de energie electrică. Principalele tipuri de centrale electrice. Impactul centralelor termice și nucleare asupra mediului. Construirea centralelor hidroelectrice moderne. Demnitatea stațiilor de maree. Procentul tipurilor de centrale electrice.

prezentare adăugată 23.03.2015

Schema de funcționare a centralelor nucleare. Tipuri și modele de reactoare. Problema eliminării deșeurilor nucleare. Principiul de funcționare al unei instalații termonucleare. Istoria creării și dezvoltării proiectului pentru construcția primei centrale electrice oceanice, perspective de aplicare.

rezumat, adăugat 22.01.2011

Bazele fizice ale energiei nucleare. Fundamentele teoriei reactoarelor nucleare - principiul generării de electricitate. Diagramele structurale ale reactoarelor. Proiectarea echipamentelor centralei nucleare (NPP). Probleme de siguranță la centralele nucleare. Centrale nucleare mobile.

rezumat, adăugat 16.04.2008

Centralele nucleare (NPP) sunt centrale termice care utilizează energia termică a reacțiilor nucleare. Reactoare nucleare utilizate la centralele nucleare din Rusia: RBMK, VVER, BN. Principiile muncii lor. Perspectivele dezvoltării energiei nucleare în Federația Rusă.

analiza cărții, adăugat 23.12.2007

Istoria și perspectivele de dezvoltare ale industriei nucleare. Principalele tipuri de centrale nucleare (NPP), o analiză a avantajelor și dezavantajelor acestora, precum și specificul alegerii unui reactor pentru acestea. Caracteristicile complexului atomic al Federației Ruse și, în special, exploatarea centralelor nucleare.

termen de hârtie, adăugat 11/02/2009

Tipuri de centrale electrice, caracteristicile, avantajele și dezavantajele acestora, impactul asupra mediului. Surse de energie pentru activitățile lor. Dezvoltarea și problemele energiei nucleare. Principiile conceptului de siguranță al centralelor nucleare. Doze de radiații permise și periculoase.

prezentare adăugată 03/06/2015

Prototipul unui reactor nuclear construit în Statele Unite. Cercetări în domeniul energiei nucleare, efectuate în URSS, construcția unei centrale nucleare. Principiul de funcționare reactor nuclear... Tipuri de reactoare nucleare și proiectarea acestora. Lucrarea unei centrale nucleare.

prezentare adăugată la 17.05.2015

Dispozitivul și principalele unități ale centralelor nucleare ale centralelor nucleare de diferite tipuri. Caracteristici de proiectare ale centralelor nucleare cu reactoare electrice răcite cu gaz, răcite cu apă și grafit cu apă, cu reactoare pe neuroni rapizi.

rezumat, adăugat 19/10/2012

Lideri mondiali în generarea de energie nucleară. Clasificarea centralelor nucleare. Principiul acțiunii lor. Tipuri și compoziție chimică combustibilul nuclear și esența obținerii de energie din acesta. Mecanismul reacției în lanț. Găsirea uraniului în natură.

Centralele nucleare sunt instalații nucleare care produc energie, respectând în același timp regimurile specificate în anumite condiții. În aceste scopuri, este utilizat teritoriul definit de proiect, unde reactoarele nucleare sunt utilizate în combinație cu sistemele, dispozitivele, echipamentele și structurile necesare pentru îndeplinirea sarcinilor atribuite. Pentru îndeplinirea sarcinilor țintă, este implicat personal specializat.

Toate centralele nucleare din Rusia

Istoria energiei nucleare în țara noastră și în străinătate

A doua jumătate a anilor '40 a fost marcată de începutul lucrărilor la crearea primului proiect care implică utilizarea unui atom pașnic pentru a genera electricitate. În 1948, I.V. Kurchatov, ghidat de instrucțiunile partidului și al guvernului sovietic, a făcut o propunere de a începe lucrul la utilizarea practică a energiei atomice pentru a genera electricitate.

Doi ani mai târziu, în 1950, nu departe de satul Obninskoye, situat în regiunea Kaluga, a început construcția primei centrale nucleare de pe planetă. Lansarea primei centrale nucleare industriale din lume, cu o putere de 5 MW, a avut loc pe 27 iunie 1954. Uniunea Sovietică a devenit prima putere din lume care a reușit să folosească atomul în scopuri pașnice. Stația a fost deschisă în Obninsk, care până atunci primise statutul de oraș.

Dar oamenii de știință sovietici nu s-au oprit aici, au continuat să lucreze în această direcție, în special, doar patru ani mai târziu, în 1958, a început funcționarea primei etape a centralei nucleare siberiene. Capacitatea sa era de câteva ori mai mare decât stația din Obninsk și se ridica la 100 MW. Dar pentru oamenii de știință domestici aceasta nu a fost limita, la finalizarea tuturor lucrărilor, capacitatea de proiectare a stației a fost de 600 MW.

În imensitatea Uniunii Sovietice, construcția unei centrale nucleare, în acel moment, a luat o scară masivă. În același an, a fost lansată construcția CNP Beloyarsk, a cărei primă etapă, deja în aprilie 1964, a furnizat primii consumatori. Geografia construcției de centrale nucleare a învăluit întreaga țară cu rețeaua sa, în același an a fost lansată prima unitate a centralei nucleare din Voronezh, capacitatea sa a fost de 210 MW, a doua unitate, lansată cinci ani mai târziu în 1969 , se lauda cu o putere de 365 MW. boom-ul construcției de centrale nucleare nu s-a diminuat pe tot parcursul Era sovietică... Noi stații sau blocuri suplimentare din cele deja construite au fost lansate la intervale de câțiva ani. Așadar, deja în 1973, Leningrad a primit propria centrală nucleară.

Cu toate acestea, statul sovietic nu a fost singurul din lume care a reușit să stăpânească astfel de proiecte. În Marea Britanie, nici ei nu au dormit și, realizând perspectivele acestei direcții, au studiat în mod activ această problemă. După doar doi ani, după deschiderea stației din Obninsk, britanicii și-au lansat propriul proiect de dezvoltare a atomului pașnic. În 1956, în orașul Calder Hall, britanicii au lansat propria stație, a cărei capacitate depășea omologul sovietic și se ridica la 46 MW. Nu au rămas în urmă pe cealaltă parte a Atlanticului, un an mai târziu, americanii au pus în funcțiune solemn stația din Shippingport. Capacitatea instalației a fost de 60 MW.

Cu toate acestea, dezvoltarea unui atom pașnic a ascuns amenințări ascunse, despre care toată lumea a aflat în curând. Prima rândunică a fost accident majorîn Insula Three Mile, care a avut loc în 1979, ei bine, după ce a avut loc o catastrofă care a lovit întreaga lume, în Uniunea Sovietică, în micul oraș Cernobîl, a avut loc o catastrofă pe scară largă, s-a întâmplat în 1986. Consecințele tragediei au fost ireparabile, dar, în plus, acest fapt a făcut întreaga lume să se gândească la oportunitatea utilizării energiei nucleare în scopuri pașnice.

Luminiștii lumii din această industrie se gândesc serios să îmbunătățească siguranța instalațiilor nucleare. Rezultatul a fost organizarea unei adunări constitutive, care a fost organizată în 15.05.1989 în capitala sovietică. Adunarea a decis să creeze o Asociație Mondială, care ar trebui să includă toți operatorii de centrale nucleare, abrevierea sa general recunoscută fiind WANO. În cursul implementării programelor sale, organizația monitorizează sistematic creșterea nivelului de siguranță al centralelor nucleare din lume. Cu toate acestea, în ciuda tuturor eforturilor depuse, chiar și cele mai moderne și aparent sigure facilități nu pot rezista atacului elementelor. Din cauza catastrofei endogene, care s-a manifestat sub forma unui cutremur și a tsunami-ului care a urmat în 2011, a avut loc un accident la stația Fukushima-1.

Încetarea atomică

Clasificarea NPP

Centralele nucleare sunt clasificate după două criterii, tipul de energie pe care îl produc și tipul de reactoare. În funcție de tipul de reactor, se determină cantitatea de energie generată, nivelul de siguranță și, de asemenea, ce tip de materii prime sunt utilizate la stație.

În funcție de tipul de energie pe care îl produc stațiile, acestea sunt împărțite în două tipuri:

Funcția lor principală este de a genera electricitate.

Centrale termice nucleare. Datorită instalațiilor de încălzire instalate acolo, folosind pierderi de căldură, care sunt inevitabile la stație, devine posibilă încălzirea apei din rețea. Astfel, aceste stații generează energie termică pe lângă electricitate.

După ce au examinat multe opțiuni, oamenii de știință au ajuns la concluzia că cele mai raționale sunt cele trei soiuri ale acestora, care sunt utilizate în prezent în întreaga lume. Ele diferă în mai multe moduri:

Combustibil utilizat;
Suporturi de căldură aplicate;
Zone active operate pentru a menține temperatura necesară;
Un tip de moderator care determină o scădere a vitezei neutronilor care sunt eliberați în timpul decăderii și sunt atât de necesari pentru a susține o reacție în lanț.

Cel mai comun tip este un reactor care folosește ca combustibil uraniu îmbogățit. Apa obișnuită sau ușoară este utilizată aici ca purtător de căldură și moderator. Astfel de reactoare se numesc reactoare cu apă ușoară, există două tipuri de reactoare. În prima, aburul utilizat pentru rotirea turbinelor este generat într-o zonă activă numită reactor cu apă clocotită. În al doilea, aburul este generat într-un circuit extern, care este conectat la primul circuit prin intermediul schimbătoarelor de căldură și generatoarelor de abur. Acest reactor, a început să se dezvolte în anii cincizeci ai secolului trecut, baza acestora fiind programele armatei SUA. În paralel, cam în același timp, în Uniune a fost dezvoltat un reactor cu apă clocotită, în care o tijă de grafit a acționat ca moderator.

Tipul de reactor moderat de acest tip a găsit o aplicație practică. Acesta este un reactor răcit cu gaz. Istoria sa a început la sfârșitul anilor patruzeci, la începutul anilor cincizeci ai secolului XX, inițial dezvoltări de acest tip au fost folosite în producția de arme nucleare. În acest sens, două tipuri de combustibil sunt potrivite pentru acesta, acestea sunt plutoniu de calitate pentru arme și uraniu natural.

Ultimul proiect, care a fost însoțit de succes comercial, a fost un reactor în care apa grea este utilizată ca agent de răcire, iar uraniul natural deja cunoscut este folosit ca combustibil. Inițial, astfel de reactoare au fost proiectate de mai multe țări, dar în cele din urmă producția lor a fost concentrată în Canada, ceea ce se datorează prezenței unor depozite masive de uraniu în această țară.

Centralele nucleare de toriu - Energia viitorului?

Istoria îmbunătățirii tipurilor de reactoare nucleare

Reactorul, prima centrală nucleară de pe planetă, a fost un proiect foarte rezonabil și viabil, care a fost dovedit în decursul multor ani de funcționare impecabilă a stației. Printre elementele sale constitutive s-au distins:

protecție laterală împotriva apei;
carcasă de zidărie;
ultimul etaj;
colector prefabricat;
canal combustibil;
placa de sus;
zidărie de grafit;
placa de jos;
colector de distribuție.

Principalul material structural pentru placarea elementelor combustibile și canalele tehnologice a fost oțelul inoxidabil; la acel moment, nu se știau despre aliajele de zirconiu, care ar putea fi potrivite din punct de vedere al proprietăților pentru a lucra cu o temperatură de 300 ° C. Răcirea unui astfel de reactor a fost efectuată cu apă, în timp ce presiunea sub care a fost alimentat a fost de 100 la. În același timp, aburul a fost eliberat cu o temperatură de 280 ° C, care este un parametru destul de moderat.

Canalele reactorului nuclear au fost proiectate în așa fel încât să poată fi complet înlocuite. Acest lucru se datorează limitării resurselor, care se datorează timpului petrecut de combustibil în zona de activitate. Proiectanții nu au găsit niciun motiv să se aștepte ca materialele structurale situate în zona de activitate iradiată să își poată folosi întreaga resursă, și anume aproximativ 30 de ani.

În ceea ce privește proiectarea TVEL, sa decis adoptarea unei versiuni tubulare cu un mecanism de răcire unidirecțional.

Acest lucru a redus probabilitatea ca produsele de fisiune să intre în circuit în cazul deteriorării tijei de combustibil. Pentru reglarea temperaturii placării elementului combustibil, a fost utilizată o compoziție de combustibil a unui aliaj de uraniu-molibden, care avea forma unor boabe dispersate prin intermediul unei matrice de apă caldă. Combustibilul nuclear procesat în acest mod a făcut posibilă obținerea tijelor de combustibil de înaltă fiabilitate. care au fost capabili să funcționeze la sarcini termice mari.

Infama centrală nucleară de la Cernobîl poate servi ca exemplu pentru următoarea rundă de dezvoltare a tehnologiilor nucleare pașnice. În acel moment, tehnologiile utilizate în construcția sa erau considerate cele mai avansate, iar tipul de reactor era cel mai modern din lume. Vorbim despre reactorul RBMK-1000.

Puterea termică a unui astfel de reactor a atins 3200 MW, în timp ce are două generatoare de turbine, a căror putere electrică ajunge la 500 MW, astfel, o unitate de putere are o putere electrică de 1000 MW. Dioxidul de uraniu îmbogățit a fost folosit ca combustibil pentru RBMK. În starea inițială, înainte de începerea procesului, o tonă de astfel de combustibil conține aproximativ 20 kg de combustibil, și anume uraniu - 235. Cu o încărcare staționară de dioxid de uraniu în reactor, masa substanței este de 180 de tone.

Dar procesul de încărcare nu reprezintă o grămadă, elementele de combustibil, deja bine cunoscute de noi elemente de combustibil, sunt plasate în reactor. De fapt, acestea sunt tuburi, pentru crearea cărora se aplică un aliaj de zirconiu. Ca conținut, acestea conțin tablete de dioxid de uraniu, care au o formă cilindrică. În zona de activitate a reactorului, acestea sunt plasate în ansambluri de combustibil, fiecare dintre ele combinând 18 tije de combustibil.

Există până la 1.700 de astfel de ansambluri într-un astfel de reactor și sunt plasate într-un teanc de grafit, unde canalele tehnologice verticale sunt special concepute pentru aceste scopuri. În ele are loc circulația lichidului de răcire, al cărui rol, în RMBK, îl joacă apa. Vârtejul de apă are loc sub influența pompelor de circulație, dintre care există opt. Reactorul este situat în interiorul arborelui, iar zidăria grafică are un corp cilindric gros de 30 mm. Suportul întregului aparat este o bază de beton, sub care se află o piscină - un bule, care servește la localizarea accidentului.

A treia generație de reactoare folosește apă grea

Al cărui element principal este deuteriul. Cel mai comun design se numește CANDU, a fost dezvoltat în Canada și este utilizat pe scară largă în întreaga lume. Miezul acestor reactoare este situat într-o poziție orizontală, iar rezervoarele cilindrice joacă rolul unei camere de încălzire. Canalul de combustibil trece prin întreaga cameră de încălzire, fiecare dintre aceste canale are două tuburi concentrice. Există tuburi exterioare și interioare.

În tubul interior, combustibilul se află sub presiunea lichidului de răcire, ceea ce face posibilă alimentarea suplimentară a reactorului în timpul funcționării. Apa grea D20 este utilizată ca moderator. În cursul unui ciclu închis, apa este pompată prin conductele reactorului care conțin fasciculele de combustibil. Ca urmare a fisiunii nucleare, se eliberează căldură.

Ciclul de răcire atunci când se utilizează apă grea constă în trecerea prin generatoare de abur, unde apa obișnuită fierbe din căldura generată de apa grea, în urma căreia se formează abur, scăpând sub presiune ridicată. Acesta este distribuit înapoi în reactor, rezultând un ciclu de răcire închis.

De-a lungul acestei căi a existat o îmbunătățire pas cu pas a tipurilor de reactoare nucleare care au fost utilizate și utilizate în diferite țări ale lumii.