Що роблять на атомній електростанції

Сьогодні в Росії 11 атомних електростанцій (АЕС) і далеко не всі знають, як вони виглядають. І тим більше не всі розуміють, як вони влаштовані. Зараз ми спробуємо пояснити принцип роботи АЕС та розповімо, які системи безпеки захищають нас від катастроф, які у всіх на слуху.

Спочатку треба розуміти, що на АЕС енергія перетворюється тричі.

1. Ядерна енергія перетворюється на теплову. Усередині реактора відбувається ланцюгова реакція поділу урану, процес супроводжується виділенням тепла. Зрозуміло, воно нікуди не зникає, у реакторі є спеціальний теплоносій, який нагрівається та передає це тепло на парогенератор.
2. Теплова енергія перетворюється на механічну. У парогенераторі теплоносій нагріває воду, яка перетворюється на пару.
3. Механічна енергія перетворюється на електричну. Пара обертає турбіну, в результаті і виходить електрика.

Начебто все просто. Але залишаються питання. Розберемо пристрій АЕС на прикладі реактора ВВЕР (водо-водяний енергетичний реактор), найпоширенішого у світі типу реакторів (у світовій класифікації їх позначають PWR).

РЕАКТОР. В активній зоні реактора знаходяться стрижні з паливом (найчастіше це оксид урану). При пуску реактора створюються умови, за яких із ядер урану вилітають нейтрони. У них досить висока швидкість, і частина врізається в сусідні ядра. Ці ядра розколюються на приблизно дві рівні частини, при цьому з'являються 2-3 нових нейтрона. Процес повторюється. Це і ланцюгова реакція (її часто зображують, як принцип доміно).

Осколки поділу, що утворилися, мають велику кінетичну енергію, яка переходить у тепло при їх гальмуванні.Воно поглинається теплоносієм, який подається до активної зони циркуляційними насосами. Як теплоносій зазвичай використовується очищена вода (у реакторах на швидких нейронах це рідкий метал - натрій). Для ефективності вода знаходиться під високим тиском (до 160 атмосфер) та нагрівається до 324 градусів (це дані для реактора ВВЕР-1000). Теплоносій, безпосередньо стикаючись з паливними зборками, стає радіоактивним. Тому він замкнутий у першому герметичному контурі і не залишає меж енергоблоку (на схемі червоно-жовтогаряча циркуляція).

ПАРОГЕНЕРАТОР. Усередині парогенератора також вода, але вже меншого тиску (60 атмосфер). Вона «знімає» тепло з першого контуру, але не стикається з водою всередині нього. Цього тепла достатньо, щоб утворилася пара. Пара надходить на турбіну, де змушує обертатися лопаті (це обертання і стає електрикою в генераторі). Далі пара надходить у конденсатор, де остигає і знову надходить у парогенератор. Це другий контур. Він також замкнутий, але на відміну першого контуру вода/пар у ньому не радіоактивні.

КОНДЕНСАТОР. За своїм пристроєм він нагадує парогенератор. Але є важливе АЛЕ: другий контур (пар з парогенератора) охолоджується рахунок води ззовні. Ця вода надходить із ставка-охолоджувача (тепер ви розумієте, чому поряд з АЕС є водоймища). Іноді ставка мало, і доводиться будувати величезні споруди — градирні. Їх часто називають трубами, але правильніше охолоджувальними вежами. З конденсатора нагріта вода подається всередину градирні, де вода частково випаровується. За рахунок випаровування та конденсації на стінках вежі в цілому вода остигає і знову потрапляє в конденсатор. ВАЖЛИВО: із градирень в атмосферу потрапляє лише чиста пара, жодних шкідливих викидів немає.

Тепер ви знаєте, як влаштовано АЕС. Принаймні більша їх частина — двоконтурні. Є одноконтурні (наприклад, реактори РБМК) та триконтурні (реактори на швидких нейтронах). Через особливості конструкції схема «виведення» тепла з активної зони у них трохи інша. Але загалом сам принцип пристрою не змінюється: енергія поділу атомних ядер нагріває теплоносій, який перетворює воду на пару, а пара у свою чергу обертає турбіну.

СИСТЕМИ БЕЗПЕКИ

Системи безпеки на АЕС постійно вдосконалюються. Інженери у всьому світі враховують аварійні ситуації на АЕС у різних країнах та враховують їх у своїх розрахунках. Наприклад, реакторні установки сьогодні будуються виключно у контейнментах — масивних герметичних оболонках, які у разі аварії запобігають викиду радіоактивних речовин в атмосферу. Це настільки міцні конструкції, що вони здатні витримати падіння літака вагою 20 т, урагани (при швидкості вітру до 56 м/с) і навіть ударну хвилю від вибуху з тиском 30 КПа.

Докладніше про системи безпеки на АЕС російського дизайну можна прочитати тут. До речі, Росія має найбільший портфель іноземних замовлень на будівництво АЕС, це свідчить не тільки про конкурентну ціну, а й про виконання найвищих вимог до безпеки.