Ядерная энергия – это энергия, выделяющаяся при превращениях, происходящих в атомном ядре. На атомной электростанции эта энергия не преобразуется напрямую в электричество. Во-первых, тепло выделяется в результате контролируемых реакций деления; Это тепло используется для создания пара, вращения паровой турбины и выработки электроэнергии в генераторе, подключенном к турбине.
В этом отношении атомная электростанция похожа на другие тепловые электростанции, использующие тепло для производства электроэнергии. Основное отличие состоит в том, что источником тепла является не сжигание угля или природного газа, а деление ядер внутри реактора.
Что такое деление ядра?
Деление – это расщепление тяжелого атомного ядра на более мелкие ядра. Когда нейтрон поглощается делящимся ядром, ядро может делиться. В этом процессе выделяется энергия, которая может быть преобразована в тепло и новые нейтроны.
Деление выделившихся нейтронов в других ядрах вызывает цепную реакцию. В энергетических реакторах эта реакция находится под контролем. Цель состоит в том, чтобы реактор производил необходимое тепло стабильным и предсказуемым образом.
Как происходит производство электроэнергии шаг за шагом?
1. В активной зоне реактора выделяется тепло.
Топливо размещается в активной зоне реактора в виде твэлов и твэлов. Энергия, выделяющаяся при делении, повышает температуру топлива и окружающего теплоносителя.
2. Тепло передается воде.
В зависимости от конструкции реактора вода может кипеть внутри реактора или храниться в жидком виде под высоким давлением и передавать свое тепло воде в отдельном контуре. Разделение первого и второго водяных контуров в водо-водяных реакторах является одной из основных особенностей этой системы.
3. Пар вращает турбину
Произведенный пар вращает вал турбины, проходя через лопатки турбины. Преобразование энергии до этого момента происходит из ядерной энергии в тепло, а затем в механическую энергию.
4. Генератор производит электричество.
Генератор, соединенный с валом турбины, преобразует механическую энергию в электрическую. Произведенная электроэнергия передается в сеть через трансформаторы и линии электропередачи.
5. Пар снова превращается в воду.
Пар, выходящий из турбины, охлаждается в конденсаторе, превращается обратно в воду и отправляется обратно в цикл. Белое облако, видимое с градирен, состоит в основном из капель конденсированной воды; Это не дым.
Каковы основные компоненты реактора?
- Топливо: Он содержит материал, в котором происходит деление.
- Модератор: В некоторых реакторах он помогает поддерживать цепную реакцию, замедляя нейтроны.
- Кулер: Он переносит тепло, вырабатываемое в активной зоне реактора.
- Ручки управления: Он помогает регулировать мощность реактора, поглощая нейтроны.
- Корпус реактора и конструкции безопасности: Он удерживает топливо и реакторные системы в определенных физических пределах.
- Турбина и генератор: Он преобразует движение пара, полученного от тепла, в электричество.
Не в каждой конструкции реактора используются одни и те же компоненты одинаковым образом. Существуют существенные различия в конструкции реакторов с водой под давлением, кипящей воды, тяжелой воды и реакторов с газовым охлаждением.
Ядерный реактор и ядерная бомба — это одно и то же?
Нет. Энергетический реактор предназначен для запуска управляемой цепной реакции с целью производства тепла. Свойства топлива, геометрия системы, механизмы управления и условия эксплуатации отличаются от того, как действует ядерное оружие. Утверждение «обе имеют деление» не означает, что эти две системы одинаковы.
Часто задаваемые вопросы
Что может производить АЭС кроме электроэнергии?
При соответствующих проектах тепло реактора можно также использовать в неэлектрических приложениях, таких как централизованное теплоснабжение, промышленное производство тепла или очистка воды.
Почему на атомной электростанции используется вода?
Во многих конструкциях реакторов вода может служить как теплоносителем, так и замедлителем нейтронов. Однако не во всех реакторах используется один и тот же теплоноситель или замедлитель.
Прекращается ли производство тепла сразу после остановки реактора?
После остановки цепной реакции остаточное тепло продолжает выделяться за счет радиоактивного распада продуктов деления. Поэтому охлаждение после останова является одним из ключевых вопросов безопасности реактора.
Ресурсы
- МАГАТЭ, Основы ядерной энергетики: https://nucleus-qa.iaea.org/sites/graphiteknowledgebase/wiki/Guide_to_Graphite/Fundamentals%20of%20Nuclear%20Power.aspx
- МАГАТЭ, Проектирование ядерного реактора — курс базовой профессиональной подготовки: https://gnssn.iaea.org/main/bptc/BPTC%20Module%20Documents/Module04%20Design%20of%20a%20nuclear%20reactor.pdf
- МАГАТЭ, Радиация, люди и окружающая среда: https://www.iaea.org/sites/default/files/radiation0204.pdf