Атомная энергетика

       СОДЕРЖАНИЕ 

          ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….3

1. ЯДЕРНЫЙ ТОПЛЕВНЫЙ ЦИКЛ………………………………………4
2. ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ………………………………………………….5
3. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ………………………………………...7
4. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ…………..8
5. ПРИЕМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ.10

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………...12

   СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………...13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       ВВЕДЕНИЕ 

       АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - область техники, основанная на использовании реакции деления атомных ядер для выработки теплоты и производства электроэнергии. В 1990 атомными электростанциями (АЭС) мира производилось 16% электроэнергии. Такие электростанции работали в 31 стране и строились еще в 6 странах. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен во Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии, т.е. в тех промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов. Эти страны производят от четверти до половины своей электроэнергии на АЭС. США производят на АЭС только восьмую часть своей электpоэнеpгии, но это составляет около одной пятой ее мирового производства.

       Атомная энергетика остается предметом острых дебатов. Сторонники и противники атомной  энергетики резко расходятся в оценках  ее безопасности, надежности и экономической  эффективности. Кроме того, широко распространено мнение о возможной утечке ядерного топлива из сферы производства электpоэнеpгии  и его использовании для производства ядерного оружия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЯДЕРНЫЙ ТОПЛЕВНЫЙ ЦИКЛ

       Атомная энергетика – это сложное производство, включающее множество промышленных процессов, которые вместе образуют топливный цикл. Существуют разные типы топливных циклов, зависящие  от типа реактора и от того, как протекает  конечная стадия цикла.

       Обычно  топливный цикл состоит из следующих  процессов. В рудниках добывается урановая руда. Руда измельчается для отделения  диоксида урана, а радиоактивные  отходы идут в отвал. Полученный оксид  урана (желтый кек) преобразуется в  гексафторид урана – газообразное соединение. Для повышения концентрации уpана-235 гексафторид урана обогащают  на заводах по разделению изотопов. Затем обогащенный уран снова  переводят в твердый диоксид  урана, из которого изготавливают топливные  таблетки. Из таблеток собирают тепловыделяющие  элементы (твэлы), которые объединяют в сборки для ввода в активную зону ядерного реактора АЭС. Извлеченное  из реактора отработанное топливо имеет  высокий уровень радиации и после  охлаждения на территории электростанции отправляется в специальное хранилище. Предусматривается также удаление отходов с низким уровнем радиации, накапливающихся в ходе эксплуатации и технического обслуживания станции. По истечении срока службы и сам  реактор должен быть выведен из эксплуатации (с дезактивацией и удалением  в отходы узлов реактора). Каждый этап топливного цикла регламентируется так, чтобы обеспечивались безопасность людей и защита окружающей среды.  
 
 
 
 
 
 

ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ

       Промышленные  ядерные реакторы первоначально  разрабатывались лишь в странах, обладающих ядерным оружием. США, СССР, Великобритания и Франция активно  исследовали разные варианты ядерных  реакторов. Однако впоследствии в атомной  энергетике стали доминировать три  основных типа реакторов, различающиеся, главным образом, топливом, теплоносителем, применяемым для поддержания  нужной температуры активной зоны, и замедлителем, используемым для  снижения скорости нейтронов, выделяющихся в процессе распада и необходимых  для поддержания цепной реакции.

       Среди них первый (и наиболее распространенный) тип – это реактор на обогащенном уране, в котором и теплоносителем, и замедлителем является обычная, или «легкая», вода (легководный реактор). Существуют две основные разновидности легководяного реактора: реактор, в котором пар, вращающий турбины, образуется непосредственно в активной зоне (кипящий реактор), и реактор, в котором пар образуется во внешнем, или втором, контуре, связанном с первым контуром теплообменниками и парогенераторами (водо-водяной энергетический реактор – ВВЭР). Разработка легководного реактора началась еще по программам вооруженных сил США. Так, в 1950-х годах компании «Дженерал электрик» и «Вестингауз» pазpабатывали легководные реакторы для подводных лодок и авианосцев ВМФ США. Эти фирмы были также привлечены к реализации военных программ разработки технологий регенерации и обогащения ядерного топлива. В том же десятилетии в Советском Союзе был разработан кипящий реактор с графитовым замедлителем.

       Второй тип реактора, который нашел практическое применение, – газоохлаждаемый реактор (с графитовым замедлителем). Его создание также было тесно связано с ранними программами разработки ядерного оружия. В конце 1940-х – начале 1950-х годов Великобритания и Франция, стремясь к созданию собственных атомных бомб, уделяли основное внимание разработке газоохлаждаемых реакторов, которые довольно эффективно вырабатывают оружейный плутоний и к тому же могут работать на природном уране.

       Третий тип реактора, имевший коммерческий успех, – это реактор, в котором и теплоносителем, и замедлителем является тяжелая вода, а топливом тоже природный уран. В начале ядерного века потенциальные преимущества тяжеловодного реактора исследовались в ряде стран. Однако затем производство таких реакторов сосредоточилось главным образом в Канаде отчасти из-за ее обширных запасов урана. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       ПРОБЛЕМЫ  БЕЗОПАСНОСТИ

       Чернобыльская катастрофа и другие аварии ядерных реакторов в 1970-е и 1980-е годы, помимо прочего, ясно показали, что такие аварии часто непредсказуемы. Например, в Чернобыле pеактоp 4-го энергоблока был серьезно поврежден в результате резкого скачка мощности, возникшего во время планового его выключения. Реактор находился в бетонной оболочке и был оборудован системой аварийного расхолаживания и другими современными системами безопасности. Но никому и в голову не приходило, что при выключении реактора может произойти резкий скачок мощности и газообразный водовод, образовавшийся в реакторе после такого скачка, смешавшись с воздухом, взорвется так, что pазpушит здание pеактоpа. В результате аварии погибло более 30 человек, более 200 000 человек в Киевской и соседних областях получили большие дозы радиации, был заражен источник водоснабжения Киева. На севере от места катастрофы – прямо на пути облака радиации – находятся обширные Припятские болота, имеющие жизненно важное значение для экологии Беларуси, Украины и западной части России.

       В Соединенных Штатах предприятия, строящие и эксплуатирующие ядерные реакторы, тоже столкнулись с множеством проблем безопасности, что замедляло строительство, заставляя вносить многочисленные изменения в проектные показатели и эксплуатационные нормативы, и приводило к увеличению затрат и себестоимости электроэнергии. По-видимому, было два основных источника этих трудностей. Один из них – недостаток знаний и опыта в этой новой отрасли энергетики. Другой – развитие технологии ядерных реакторов, в ходе которого возникают новые проблемы. Но остаются и старые, такие, как коррозия труб парогенераторов и растрескивание трубопроводов кипящих реакторов. Не решены до конца и другие проблемы безопасности, например повреждения, вызываемые резкими изменениями расхода теплоносителя.  

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 

       Среди тех, кто настаивает на необходимости продолжать поиск безопасных и экономичных путей развития атомной энергетики, можно выделить два основных направления. Сторонники первого полагают, что все усилия должны быть сосредоточены на устранении недоверия общества к безопасности ядерных технологий. Для этого необходимо разрабатывать новые реакторы, более безопасные, чем существующие легководные. Здесь представляют интерес два типа реакторов: «технологически предельно безопасный» реактор и «модульный» высокотемпературный газоохлаждаемый реактор.

       Прототип модульного газоохлаждаемого реактора разрабатывался в Германии, а также в США и Японии. В отличие от легководного реактора, конструкция модульного газоохлаждаемого реактора такова, что безопасность его работы обеспечивается пассивно – без прямых действий операторов или электрической либо механической системы защиты. В технологически предельно безопасных реакторах тоже применяется система пассивной защиты. Такой реактор, идея которого была предложена в Швеции, по-видимому, не продвинулся далее стадии проектирования. Но он получил серьезную поддержку в США среди тех, кто видит у него потенциальные преимущества перед модульным газоохлаждаемым реактором. Но будущее обоих вариантов туманно из-за их неопределенной стоимости, трудностей разработки, а также спорного будущего самой атомной энергетики.

       Сторонники  другого направления полагают, что  до того момента, когда развитым странам  потребуются новые электростанции, осталось мало времени для разработки новых реакторных технологий. По их мнению, первоочередная задача состоит в том, чтобы стимулировать вложение средств в атомную энергетику.

       Но  помимо этих двух перспектив развития атомной энергетики сформировалась и совсем иная точка зрения. Она возлагает надежды на более полную утилизацию подведенной энергии, возобновляемые энергоресурсы (солнечные батареи и т.д.) и на энергосбережение. По мнению сторонников этой точки зрения, если передовые страны переключатся на разработку более экономичных источников света, бытовых электроприборов, отопительного оборудования и кондиционеров, то сэкономленной электpоэнеpгии будет достаточно, чтобы обойтись безо всех существующих АЭС. Наблюдающееся значительное уменьшение потребления электроэнергии показывает, что экономичность может быть важным фактором ограничения спроса на электроэнергию.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       ПЛЮСЫ И МИНУСЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

       За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира с суммарной энергетической модностью около 300 млн. кВт. Основными  преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу  продуктов сгорания (с этой точки  зрения она может рассматриваться  как экологически чистая), основными  недостатками потенциальная опасность  радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии (типа Чернобыльской  или на американской станции Тримайл  Айленд) и проблема переработки использованного  ядерного топлива.

       Остановимся сначала на преимуществах. Рентабельность атомной энергетики складывается из нескольких составляющих. Одна из них  независимость от транспортировки  топлива. Если для электростанции мощностью 1 млн. кВт требуется в год около 2 млн. т.у.т. (или около 5 млн. низкосортного  угля), то для блока ВВЭР-1000 понадобится  доставить не более 30 т. обогащенного урана, что практически сводит к  нулю расходы на перевозку топлива (на угольных станциях эти расходы  составляют до 50% себестоимости). Использование  ядерного топлива для производства энергии не требует кислорода  и не сопровождается постоянным выбросом продуктов сгорания, что, соответственно, не потребует строительства сооружений для очистки выбросов в атмосферу. Города, находящиеся вблизи атомных  станций, являются в основном экологически чистыми зелеными городами во всех странах мира, а если это не так, то это происходит из-за влияния  других производств и объектов, расположенных  на этой же территории. В этом отношении  ТЭС дают совсем иную картину. Анализ экологической ситуации в России показывает, что на долю ТЭС приходится более 25% всех вредных выбросов в  атмосферу. Около 60% выбросов ТЭС приходится на европейскую часть и Урал, где  экологическая нагрузка существенно  превышает предельную. Наиболее тяжелая  экологическая ситуация сложилась  в Уральском, Центральном и Поволжском районах, где нагрузки, создаваемые выпадением серы и азота, в некоторых местах превышают критические в 2-2,5 раза.

       К недостаткам ядерной энергетики следует отнести потенциальную  опасность радиоактивного заражения  окружающей среды при тяжелых  авариях типа Чернобыльской. Сейчас на АЭС, использующих реакторы типа Чернобыльского (РБМК), приняты меры дополнительной безопасности, которые, по заключению МАГАТЭ (Международного агентства по атомной энергии), полностью исключают  аварию подобной тяжести: по мере выработки  проектного ресурса такие реакторы должны быть заменены реакторами нового поколения повышенной безопасности. Тем не менее в общественном мнении перелом по отношению к безопасному  использованию атомной энергии  произойдет, по-видимому, не скоро. Проблема утилизации радиоактивных отходов  стоит очень остро для всего  мирового сообщества. Сейчас уже существуют методы остекловывания, битумирования  и цементирования радиоактивных  отходов АЭС, но требуются территории для сооружения могильников, куда будут  помещаться эти отходы на вечное хранение. Страны с малой территорией и  большой плотностью населения испытывают серьезные трудности при решении  этой проблемы.