Атомні реактори. Реактор, який охолоджується водою під тиском. Реактор з киплячою водою

Атомні реактори

Для громадського використання атомної енергії необхідно надійно контролювати потужну енергетичну силу, яка вивільняється при розчепленні ядра.

Згідно з даними німецького атомного форуму в 2012 році, після вступу в силу поправки в атомне законодавство, працюють лише дев’ять атомних електростанцій, валовий продукт яких становить 12.696 мегават електроенергії. Разом вони виробляють близько 99,5 мільярдів кіловат-годин (брутто, валовий), що відповідає частині атомної енергії загального брутто-енергозабезпечення в 16%. Таким чином атомні електростанції  знаходяться на третьому місці після бурого та кам’яного вугілля. Частина базового навантаження по забезпеченню струмом була тим не менш вищою, й становила по даним Федерального союзу енергетичної та водної економіки 36%, й знаходилась на другому місці після бурого вугілля – 57%. На третьому місці по базовому навантаженню забезпечення струмом знаходяться гідроелектростанції – 7%.

За даним міжнародного агентства по атомній енергії  (IAEO) Організації Обєднаних Націй в 2012 році  в 31 країні світу 437 атомних електростанцій виробляли близько 393 гігавати атомної енергії. Серед них 104 спорудження в США, 58 в Франції, 51  в Японії, 33 в Росії, 23 в Республіці Корея, й 20 в Індії. 437 атомних електростанцій зі своїми 2.346 мільярдами кіловат-годин електроенергії становлять лише 13% від  глобального вироблення електроенергії.

До того ж в 14 країнах було збудовано 68 атомних електростанцій з електричною валовою продукцією в 71 гігаватт.  

За даними цього ж джерела в 2012 році по всьому світі збудували 68 нових атомних електростанцій з електричним брутто виробітком в 71 гігаватт  в 14 країнах, перед усім в Китаї – 29, Росії – 10, й в США – 5 споруд. Станом на кінець 2012- початок 2013 років, за даними DAtF, по всьому світі  в процесі розробки знаходилось близько 100 нових атомних електростанцій.

В 2011 році країнах було збудовано 62 нових атомних електростанцій з електричною валовою продукцією в 59 гігаватт в 13 країнах, більше всього в Китаї та Росії. Крім того,  по даним міжнародної організації з питань атомної енергії,  ще 21 новобудівлі були в процесі розробки чи проектування.

В Німеччині до сих пір не працюють 19 атомних електростанцій, особливо це стосується прототип них та демонстраційних  споруд, які були збудовані в 60-х 70-х роках. До них можна віднести п’ять блоків атомної електростанції міста Грейфсвальд. В світовому масштабі з початку 70-х років в 18 країнах світу 109 атомних електростанцій знаходяться в процесі реконструкції, демонтажу або зовсім не працюють.

Спорудження атомної електростанції

Атомні електростанції складаються з атомного реактора, за допомогою якого виробляється гарячий водяний пар температурою близько 285 градусів за Цельсієм. Він запускає парову турбіну, яка зв’язана  безпосередньо з генератором й таким чином виробляє струм. Потім пар охолоджується в конденсаторі й знову приймає водяний стан, після чого знову нагрівається, створюючи замкнутий цикл в реакторі.

Відмінність з іншими електростанціями, які також використовують силу пару, у спрощеному вигляді, можна описати так: вироблення пару для запуску турбіни відбувається не завдяки спалюванню вугілля, нафти чи природного гару, а завдяки вільному розпаду частинок урану в атомному реакторі.

В Німеччині працюють два типи атомних реакторів:  Реактор з водою під тиском й реактор з висячою водою. Зовнішній вигляд обох реакторів майже співпадає, відмінність полягає в внунріхній конструкції.

Будова реактора, який охолоджується водою під тиском

Реактор, який охолоджується водою під тиском

Атомна енергія вивільняється в формі тепла всередині захисної оболонки резервуару під тиском, як правило він має циліндричну форму й вироблений зі спеціальної сталі, товщиною в 25 сантиметрів. Це відбувається в атомному реакторі, в якому містяться горючі елементи й регулювальні стержні. За допомогою останніх регулюється потік нейтронів поділу, що спричиняє прохід контрольованої ланцюгової реакції розпаду ядра урану-235. Як уповільнювач гальмування нейтронів поділу на тепловій швидкості слугує звичайна вода, що знаходиться під тиском близько 160 бар. Вона слугує, як засіб охолодження при відправці тепла в 320 градусів за Цельсієм в теплообмінний апарат. В якому виробляється пар в 285 градусів за Цельсієм, що направляється в турбіну генератору для виробництва струму.

Будова реактора з киплячою водою

Реактор з киплячою водою

У реакторах з  кип’ячою водою, ця рідина слугує як для охолодження, так і для уповільнення. На відміну від реакторів, які охолоджуються водою під тиском, в реакторах з  кип’ячою водою, вода має постійно знаходитись під високим тиском. Якщо робочий тиск, який в нормальному стані становить близько 70 бар (7 MPa) помітно знизити, то вода може перетворитись в пар вже в самому резервуарі під тиском. Щоб досягти цього робочого тиску, резервуар має бути на третину заповнений водою. Вода тече з низу в гору через атомний реактор й поглинає тепло яке виникає в топ ливних стержнях.  Вода й пар розділяються в верхній частині напірного резервуару, до того як насичений пар температурою в 280 градусів за Цельсієм не потрапляє прямо в турбіни.

При розподілі затримуються також радіоактивні  частинки з корозійного процесу чи негерметичності топ ливних елементів прямо в напірному резервуарі. Залишкові, газоподібні радіоактивні частинки в водяній парі всмоктуються в конденсатор й таким чином уникають охолоджувального кола.

Реактори з киплячою водою показують через саморегуляцію особливі показники безпеки, тому що при перевищенні нормальної робочої температури в реакторі підвищується місткість пару охолоджуючої води, й таким чином знижується уповільнювальний вплив рідини, що знову призводить до зниження теплоутворення й зниження температури охолоджувальної водяної рідини.