Интереcно о науке

Главная задача ядерного реактора заключается в том, чтобы разделить атомы радиоактивного вещества в ходе контролируемой ядерной реакции и использовать высвободившуюся энергию для производства электроэнергии. На протяжении последних 50 лет в разное время к ним относились либо как к спасительному чуду, либо как к смертельной угрозе.

Когда был запущен первый ядерный реактор в 1956 году в США, называли ядерную энергию – энергией будущего, и полагали, что скоро электричество станет на столько дешевым, что его перестанут считать. К текущему моменту по всему миру запущено 442 атомных реактора, которые производят около 14% всей электроэнергии. Еще на заре футуристы предсказывали, что скоро появятся автомобили с небольшими ядерными реакторами.

Однако спустя несколько десятилетий оптимизм вокруг будущего ядерной энергии заметно поубавился. Этому предшествовал ряд крупных аварий на АЭС и Чернобыльская катастрофа в 1986 году. В 90-х годах во всем мире возникла волна недовольства по поводу использования энергии атома. Некоторые специалисты предлагали существенно сократить число АЭС, а некоторые вовсе от нее отказаться. Этому также способствовала проблема утилизации ядерных отходов. Протесты в Западной Европе по поводу их транспортировки и хранения не утихают и по сей день.

В начале нового тысячелетия, на фоне растущих цен на нефть и спроса на электроэнергию интерес к ядерной энергии возник с новой силой. По всему миру ежегодно вводятся десятки новых реакторов. В числе лидеров по строительству АЭС и производству ядерного топлива стоит и Россия.

Принцип работы ядерного реактора основан на управляемой реакции расщепления ядра атома какого-либо радиоактивного материала нейтроном. После распада атома появляются атомы другого материала и выделяется некоторое количество тепла, а также несколько новых нейтронов. Эти нейтроны бомбардируют другие атомы, в результате чего образуется еще больше тепла и нейтронов. Таким образом, возникает лавинообразная реакция. Если ее не остановить, то произойдет ядерный взрыв. Однако если поймать часть выпущенных электронов, то атомной реакцией можно управлять и использовать ее по своему назначению.

Сердцем атомной электростанции (АЭС) является ядерный реактор. Он представляет собой емкость цилиндрической формы с помещенными внутрь стержнями с ядерным топливом. Для контроля ядерной реакции между стержнями ядерного топлива помещаются стержни улавливающего нейтроны вещества, например, кадмия, гафния или бора. Если бы их не было, то нейтроны бомбардировали все новые и новые атомы ядерного вещества, что в итоге привело бы к неуправляемой ядерной реакции. Вводя или вынимая поглощающие стержни можно усиливать или ослаблять ядерную реакцию, регулируя тем самым объем производимого тепла.

Как говорилось выше, побочным продуктом ядерной реакции является тепло, ради которого и строится АЭС. Для охлаждения ядерного реактора используется трехступенчатая система охлаждения. Отводить производимое тепло важно не только для производства электроэнергии, но и для охлаждения расплавленной зоны. Если температура в центре реактора достигнет 3800 градусов, то ядерное топливо расплавится, и реактором уже невозможно будет управлять. Для охлаждения ядерного реактора используется вода обычная или тяжелая, которая представляет собой соединения дейтерия – водорода с тремя атомами кислорода.

Вода в первичной системе охлаждения находится в замкнутой системе под большим давлением. В парогенераторе вода из зоны расплава отдает свое тепло воде из вторичного контура. Вода там находится под меньшим давлением, поэтому после разогрева она преобразуется в пар. Разогретый до нескольких сотен градусов пар подается по системе труб к турбине, которая соединена с электрогенератором. Раскаленный пар подается далее в теплообменник, где он охлаждается для преобразования в воду. Вода из третьего контура находится под низким давлением и подается с помощью помпы обычно из близлежащего водоема. Поэтому АЭС обычно строятся на берегу водохранилища или морского побережья.

Современные АЭС ко всему прочему оснащаются многочисленными системами защиты от различных незапланированных происшествий. Существуют, например, системы, автоматически заглушающие реактор (опускающие поглощающие стержни) при перегреве жидкости или при возникновении пожара. Не смотря на все это полностью исключить возможность выхода атомной реакции из-под контроля исключить нельзя. Поэтому новые АЭС оборудуются специальными ваннами для улавливания расплавленного топлива, чтобы оно не проникло в почву и подземные воды, а также большими (иногда многокорпусными) саркофагами, чтобы не допустить загрязнение атмосферы в случае аварии.