Атомная энергетика – получение электрической энергии с использованием ядерных реакторов, на которых улавливается тепловая энергия радиоактивного распада ядерного «топлива» – обогащенного урана и некоторых других радиоактивных материалов.

География атомной энергетики. Первое «ядерное электричество» было получено в США в 1952 г., с этого времени производство электроэнергии на атомных электростанциях (АЭС) неуклонно увеличивается, хотя после тяжелых аварий на АЭС в мире наблюдается осторожное отношение к этому варианту энергетики. В настоящее время в 88 странах мира работает 437 ядерных энергоблоков и строится еще около 50. Характеристика атомной энергетики стран, в которых этот вариант получения энергии наиболее развит, приведена в табл. 21.

Таблица 21

Характеристика атомной энергетики некоторых стран

Страна	Площадь, тыс. км 2	Население	АЭС	Доля в производстве электроэнергии
		млн. чел.	чел. на 1 км 2	Число блоков	Мощность, МВт (нетто)	Удельная мощность, МВт
						на 1 чел.	на 1 км 2
Канада	9976,1	27,3				577,1	1,6	17,3
США	9372,6	252,7				390,9	10,5	22,5
Корея	99,0	43,3				166,7	72,9	36,1
Япония	377,8	123,9				306,9	100,7	33,4
РФ	17110,0	148,7				133,4	1,2	11,8
Украина	603,7	51,9				244,6	21,0	37,8
Бельгия	30,5	10,0				522,7	181,2	55,5
Болгария	110,9	9,0				393,1	31,9	46,4
Великобритания	244,1	57,6				206,8	48,8	25,0
Германия	357,0	80,1				282,9	63,5	29,1
Испания	504,8	39,3				180,8	14,1	34,1
Финляндия	338,1	5,0				462,0	6,8	29,9
Франция	551,5	57,0				1035,7	107,1
Швеция	450,0	8,6				1163,0	22,2	46,6
Швейцария	41,3	6,8				439,0	72,3	39,9

Плюсы и минусы атомной энергетики. Главные аргументы в пользу развития атомной энергетики – это сравнительная дешевизна энергии и небольшое количество отходов. В пересчете на единицу производимой энергии отходы от АЭС в тысячи раз меньше, чем на угольных ТЭС (1 стакан урана-235 дает столько же энергии, сколько 10 тыс. т угля). Достоинством АЭС является и отсутствие выбросов в атмосферу диоксида углерода, которое сопровождает производство электроэнергии при сжигании углеродистых энергоносителей.

Сегодня уже совершенно очевидно, что при нормальной работе АЭС экологический риск получения энергии несравненно ниже, чем в угольной промышленности (табл. 22).

Таблица 22

Число преждевременных смертей, связанных с годом работы

блока мощностью 1 ГВт в угольном и атомном топливном циклах

(по Акимовой и др., 2001)

По примерным расчетам, закрытие уже существующих АЭС потребовало бы дополнительно сжигать ежегодно 630 млн. т угля, что привело бы к поступлению в атмосферу 2 млрд. т диоксида углерода и 4 млн. т токсичной и радиоактивной золы. Замена АЭС на ТЭС привела бы к 50-кратному увеличению смертности от атмосферного загрязнения. Для извлечения из атмосферы этого дополнительного диоксида углерода потребовалось бы посадить лес на площади, которая в 4-8 раз превышает территорию ФРГ.

У атомной энергетики есть серьезные оппоненты. Как неконкурентоспособную ее рассматривает в последних работах Л.Браун (Brown, 2001). Аргументами против развития атомной энергетики являются сложность обеспечения полной безопасности ядерного топливного цикла, а также риск аварий на АЭС. Историю развития атомной энергетики омрачают тяжелые аварии, которые произошли в Кыштыме и Чернобыле. Однако, вероятность аварий на современных АЭС крайне низка. Так, в Великобритании она составляет не более чем 1:1 000 000. В Японии строятся новые АЭС (в том числе и самая крупная в мире «Фукусама») в сейсмически опасных районах на берегу океана.

Перспективы атомной энергетики. Исчерпание углеродистых энергоносителей, ограниченные возможности энергетики на основе ВИЭ и возрастающая потребность в энергии подталкивает большинство стран мира к развитию атомной энергетики, причем строительство АЭС начинается в развивающихся странах Южной Америки , Азии и Африки. Возобновляется ранее приостановленное строительство АЭС даже в странах, пострадавших от Чернобыльской катастрофы – Украине, Белоруссии, РФ. Возобновляется работа АЭС в Армении.

Повышаются технологический уровень атомной энергетики и ее экологическая безопасность. Уже разработаны проекты внедрения новых, более экономичных реакторов, способных расходовать на получение единицы электроэнергии в 4-10 раз меньше урана, чем современные. Обсуждается вопрос об использовании в качестве «топлива» тория и плутония. Японские ученые считают, что плутоний можно сжигать без остатка, и АЭС на плутонии могут быть самыми экологически чистыми, так как не дают радиоактивных отходов (РАО). По этой причине Япония активно скупает плутоний, освобождающийся при демонтаже ядерных боеголовок. Однако для перевода АЭС на плутониевое топливо нужна дорогостоящая модернизация ядерных реакторов.

Меняется ядерный топливный цикл, т.е. совокупность всех операций, сопровождающих добычу сырья для ядерного топлива, его подготовку к сжиганию в реакторах, процесс получения энергии и переработку, хранение и захоронение РАО. В некоторых странах Европы и в РФ осуществляется переход к закрытому циклу, при котором образуется меньше РАО, т.к. значительная часть их после переработки дожигается. Это позволяет не только снизить риск радиоактивного загрязнения среды (см. 6.2.5), но в сотни раз уменьшить расходы урана, ресурсы которого исчерпаемы. При открытом цикле РАО не перерабатываются, а захораниваются. Он более экономичен, но экологически не оправдан. По этой схеме пока работают АЭС США.

В целом вопросы переработки и безопасного захоронения РАО технически разрешимы. В пользу развития атомной энергетики в последние годы высказывается и «Римский клуб», эксперты которого сформулировали следующее положение: «Нефть – слишком дорого, уголь – слишком опасно для природы, вклад ВИЭ – слишком незначителен, единственный шанс – придерживаться ядерного варианта».

В заключение обсуждения перспектив развития энергетики приведем табл. 23, в которой показана площадь, необходимая для электростанций, работающих на разных энергоносителях.

Таблица 23

Площади отчуждаемых земель (в среднем), необходимые для производства

1 МВт электроэнергии в год на электростанциях разного типа

(по Лаврову, Гладкому, 1999)

Контрольные вопросы

1. В каких странах наиболее развита атомная энергетика?

2. В чем состоят экологические «плюсы» и «минусы» атомной энергетики?

3. Возможна ли безопасная атомная энергетика?

Энергосбережение

Энергосбережение – это важнейший дополнительный энергосырьевой источник, один из важных элементов стратегии создания общества УР. За последние 20 лет удельное энергопотребление в мире на единицу ВВП уменьшилось более чем на 25%. Необходимо дальнейшее энергосбережение во всех сферах жизни: в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Энергосбережение в промышленности. Эта область хозяйства обладает воистину неисчерпаемыми ресурсами энергосбережения. Оно включает:

– использование энергосберегающих технологий. Так, к примеру, в металлургии переход от мартеновского способа плавки стали к конверторному способу позволяет затрачивать на производство 1 т готового продукта в 2 раза меньше энергии. Во многих случаях энергосбережение достигается за счет использования вторичных ресурсов. Так, в 10 раз экономится энергия, если сталь выплавляется не из чугуна (а тот – из руды), а из металлолома. В 3 раза меньше затрачивается энергии на производство стекла из битой посуды, по сравнению с процессом варки его из первичного сырья;

– снижение тепловых потерь при децентрализации производства электроэнергии. Небольшие блок-ТЭЦ мощностью от 100 кВт до 10 МВт, расположенные в подвальных этажах жилых зданий, позволяют использовать тепловые отходы для отопления. Блок-ТЭЦ вызывают незначительное загрязнение атмосферы;

– оптимизацию территориальной структуры производства и уменьшение длины перевозок: переработка металлолома без транспортировки на металлургические комбинаты, замена больших хлебозаводов минипекарнями, гигантов пивоваренной промышленности минипивоварнями и т.д.

Энергосбережение на транспорте. Этот ресурс энергосбережения может быть реализован путем экологизации автомобильного транспорта (см. 7.2) и повышения КПД тепловозов, теплоходов, электровозов, самолетов и т.д.

Энергосбережение в сельском хозяйстве. Возможно существенное уменьшение затраты антропогенной энергии на каждую единицу производимого сельскохозяйственного продукта. Высокий потенциал энергосбережения может быть раскрыт при:

– полном использовании внутреннего биологического потенциала агроэкосистем (биологической азотфиксации, использования органических удобрений, применения получаемого из навоза биогаза для обогрева животноводческих помещений, сухого земледелия, разведения холодостойких пород животных и т.д., см. 5.2);

– использовании новой сельскохозяйственной техники (более легкой, с широкозахватными и комплексными агрегатами, снижающими количество проходов техники по полю);

– внедрении энергосберегающих технологий обработки почвы (безотвальной и особенно минимальной обработки) и первичной переработки сельскохозяйственной продукции (сушка зерна, хранение овощей и фруктов и т.д.);

– уменьшении транспортных расходов за счет приближения ферм к полям, переработки и хранения сельскохозяйственной продукции непосредственно в хозяйстве.

Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве. Много энергии можно сэкономить в быту, так как большую часть энергии человек затрачивает на систему жизнеобеспечения (энергия пищи составляет не более 5-7%). Так, флюоресцентная лампочка мощностью в 18 Вт дает столько же света, сколько лампочка накаливания в 75 Вт. Замена ими ламп накаливания позволит сократить потребление электроэнергии на освещение примерно в 4 раза. Кроме того, новые лампочки в 7 раз долговечнее, чем старые, что позволит экономить и ресурсы.

Теплоизоляция стен даже в самых холодных районах позволит резко сократить расходы энергии на обогрев жилья. Вместо печи будет достаточно одного небольшого электронагревателя. Имеется принципиальная возможность сократить примерно в 2 раза расход электроэнергии при использовании холодильников, телевизоров и т.д. Сегодня самым жестким является шведский стандарт, который допускает теплопотери зданий не более 50-60 кВт-час/год на 1м 2 , а в Германии он равен 200. В принципе, можно сократить порог теплопотерь до 15 кВт-час/год (Кондратьев, 1998).

Трудно даже представить, какую экономию энергии можно получить при ликвидации расточительства тепла в жилищах россиян.

В США в 1972 г. энергопотребление среднего холодильника составляло 3,36 Втч/год, в 1993 г. стандарт был снижен до 1,16 Вт-час/год. В Дании сегодня это значение составляет 0,45, причем, планируется его уменьшение до 0,26 (Вайцзеккер и др., 2000).

Весьма любопытно, что в развивающихся странах, где основными источниками энергии являются некоммерческие (в первую очередь древесина), ставится вопрос об улучшении конструкций домашних очагов. При открытых очагах КПД использования энергии составляет всего 10%, более совершенная закрытая конструкция позволяет повысить КПД в 2-3 раза, что способствует сохранению лесов.

Возможности энергосбережения весьма велики, что можно проиллюстрировать табл. 24, в которой показана энергоемкость ВВП в разных странах.

Таблица 24

Показатели энергоемкости производства (т нефтяного эквивалента на 100 долларов ВВП) в некоторых странах мира

Цифры таблицы свидетельствуют, что ресурсы энергосбережения особенно велики в России, где на единицу ВВП затрачивается энергии в 2-3 раза больше, чем в развитых странах.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные пути развития энергосбережения в промышленности.

2. Какие резервы экономии энергии имеются в сельском хозяйстве?

3. Как можно снизить затраты энергии в жилищно-коммунальном хозяйстве?

4. Сравните энергоемкость производства в РФ и в развитых странах.

Заключение

Развитие цивилизации сопровождалось повышением энерговооруженности человека. В настоящее время на одного жителя земли в среднем приходится 2 кВт энергии, на жителя США – 10 кВт. В целом валовое производство энергии в будущем возрастет незначительно. Прирост энергопотребления в развитых странах в течение ближайших 20 лет не превысит 1,5% в год, в развивающихся странах он будет в 2 раза выше. После этого ожидается стабилизация энергопотребления за счет широкого внедрения энергосберегающих технологий в промышленности, сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве, на транспорте.

В начале XXI столетия в мировой энергетике преобладала теплоэнергетика на основе использования нефти, угля и газа, хотя в последние десятилетия возросла доля гидроэнергетики и атомной энергетики, вклад которых сегодня примерно одинаков и составляет около 7%.

Поскольку энергоносители, составляющие основу теплоэнергетики, исчерпаемы (особенно нефть и газ), вклад этой отрасли в энергетический бюджет будет неминуемо снижаться. Энергетика на основе угля, запасы которого достаточно велики, может развиваться в том случае, если удастся разработать технологию конкурентоспособного безопасного использования этого наиболее «грязного» топлива, в первую очередь путем подземной газификации.

Гидроэнергетика во многом исчерпала свои возможности, дальше она будет развиваться в основном за счет использования малых водотоков. До 10-30% в течение столетия может увеличиться вклад нетрадиционной энергетики на основе использования ВИЭ, однако в ближайшие 30 лет ее вклад в энергетический бюджет мира вряд ли превысит 3%. Имеется множество технических проблем, которые сдерживают развитие нетрадиционной энергетики, и в первую очередь – высокая материалоемкость. Так, для ВЭУ нужно большое количество алюминия, производство которого дорого и небезопасно для окружающей среды; для СЭС – много цемента и железа; для солнечных элементов – химически чистый кремний, который очень дорог. Кроме того, поскольку ВИЭ рассредоточены, для их концентрирования нужны большие площади. Наконец, районы, где возможно использование ВИЭ, удалены от тех территорий, где энергия будет использоваться. Это ставит вопрос о необходимости новых технологий передачи электроэнергии на большие расстояния (например, по водородопроводам).

Единственная реальная возможность компенсировать снижение производства энергии теплоэнергетикой – развитие атомной энергетики. В этом случае практически неисчерпаемы запасы энергоносителей, энергетические установки компактны и не загрязняют атмосферу диоксидом углерода, невелик объем жидких и твердых отходов. Однако при всей перспективности атомной энергетики она является самой опасной. Ее история омрачена катастрофами в Кыштыме и Чернобыле.

Тем не менее, у человечества нет другого пути, как развивать атомную энергетику, обеспечивая ее безопасность. Как показывает опыт Франции, Великобритании и Японии, это вполне возможно.

Разумеется, основой энергетической политики в обществе УР будет энергосбережение.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Иркутской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Ангарский политехнический техникум»

По предмету: «Энергетика»

На тему: «Успехи и перспективы ядерной энергетики »

Выполнил: студент гр. Э-14-1

Назаров Вадим

Преподаватель Бирюкова Елена Викторовна

Ангарск 2015г.

Введение

1. История развития атомной энергетики

2. Перспективы атомной энергетики

3. Основы ядерной энергии

4. Ядерные реакторы

5. Особенности ядерного реактора как источника теплоты

6. Устройство энергетических ядерных реакторов

7. Классификация ядерных реакторов

8. Экология

Список литературы

Введение

Энергетика - важнейшая отрасль народного хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Это основа экономики государства.

В мире идет процесс индустриализации, который требует дополнительного расхода материалов, что увеличивает энергозатраты. С ростом населения увеличиваются энергозатраты на обработку почвы, уборку урожая, производство удобрений и т.д.

В настоящее время многие природные легкодоступные ресурсы планеты исчерпываются. Добывать сырье приходится на большой глубине или на морских шельфах. Ограниченные мировые запасы нефти и газа, казалось бы, ставят человечество перед перспективой энергетического кризиса. Однако использование ядерной энергии дает человечеству возможность избежать этого, так как результаты фундаментальных исследований физики атомного ядра позволяют отвести угрозу энергетического кризиса путем использования энергии, выделяемой при некоторых реакциях атомных ядер.

1. История развития атомной энергетики

В 1939 году впервые удалось расщепить атом урана. Прошло еще 3 года, и в США был создан реактор для осуществления управляемой ядерной реакции. Затем в 1945 г. была изготовлена и испытана атомная бомба, а в 1954 г. в нашей стране была пущена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция. Во всех этих случаях использовалась огромная энергия распада атомного ядра. Еще большее количество энергии выделяется в результате синтеза атомных ядер. В 1953 году в СССР впервые была испытана термоядерная бомба, и человек научился воспроизводить процессы, происходящие на солнце. Пока использовать для мирных целей ядерный синтез нельзя, но, если это станет возможным, то люди обеспечат себя дешевой энергией на миллиарды лет. Эта проблема - одно из важнейших направлений современной физики на протяжении последних 50 лет.

Приблизительно до 1800 года основным топливом было дерево. Энергия древесины получена из солнечной энергии, запасенной в растениях в течение их жизни. Начиная с Индустриальной революции, люди зависели от полезных ископаемых - угля и нефти, энергия которых также происходила из запасенной солнечной энергии. Когда топливо типа угля сжигается, атомы водорода и углерода, содержащиеся в угле, объединяются с атомами кислорода воздуха. При возникновении водного или углеродистого диоксида происходит выделение высокой температуры, эквивалентной приблизительно 1.6 киловатт-час на килограмм или приблизительно 10 электрон-вольт на атом углерода. Это количество энергии типично для химических реакций, приводящих к изменению электронной структуры атомов. Части энергии, выделенной в виде высокой температуры, достаточно для поддержания продолжения реакции.

Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 МВт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась преимущественно в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева).

В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт (полная проектная мощность 600 МВт). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди (блок мощностью 100 МВт) выдал ток в Свердловскую энергосистему, 2-й блок мощностью 200 МВт сдан в эксплуатацию в октябре 1967. Отличительная особенность Белоярской АЭС - перегрев пара (до получения нужных параметров) непосредственно в ядерном реакторе, что позволило применить на ней обычные современные турбины почти без всяких переделок.

В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Себестоимость 1 кВт-Ч электроэнергии (важнейший экономический показатель работы всякой электростанции) на этой АЭС систематически снижалась: она составляла 1,24 коп. в 1965, 1,22 коп. в 1966, 1,18 коп. в 1967, 0,94 коп. в 1968. Первый блок Нововоронежской АЭС был построен не только для промышленного пользования, но и как демонстрационный объект для показа возможностей и преимуществ атомной энергетики, надёжности и безопасности работы АЭС. В ноябре 1965 в г. Мелекессе Ульяновской области вступила в строй АЭС с водо-водяным реактором «кипящего» типа мощностью 50 МВт, реактор собран по одноконтурной схеме, облегчающей компоновку станции. В декабре 1969 был пущен второй блок Нововоронежской АЭС (350 МВт).

За рубежом первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Англия). Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США

2 . Перспективы 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 электроэнергии будет достаточно, чтобы обойтись безо всех существующих АЭС. Наблюдающееся значительное уменьшение потребления электроэнергии показывает, что экономичность может быть важным фактором ограничения спроса на электроэнергию.

3. Основы ядерной энергии

Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, массой М, спином J, магнитным и электрическим квадрупольным моментом Q, определенным радиусом R, изотопическим спином Т и состоит из нуклонов - протонов и нейтронов. Все атомные ядра разделяются на стабильные и нестабильные. Свойства стабильных ядер остаются неизменными неограниченно долго. Нестабильные же ядра испытывают различного рода превращения.

Явление радиоактивности, или спонтанного распада ядер, была открыта французским физиком А. Беккерелем в 1896 г. Он обнаружил, что уран и его соединения испускают лучи или частицы, проникающие сквозь непрозрачные тела и способные засвечивать фотопластинку, Беккерель установил, что интенсивность излучения пропорциональна только концентрации урана и не зависит от внешних условий (температура, давление) и от того, находится ли уран в каких-либо химических соединениях.

4 . Ядерные реакторы

При делении тяжелых ядер образуется несколько свободных нейтронов. Это позволяет организовать так называемую цепную реакцию деления, когда нейтроны, распространяясь в среде, содержащей тяжелые

элементы, могут вызвать их деление с испусканием новых свободных нейтронов. Если среда такова, что число вновь рождающихся нейтронов увеличивается, то процесс деления лавинообразно нарастает. В случае, когда число нейтронов при последующих делениях уменьшается, цепная ядерная реакция затухает.

Для получения стационарной цепной ядерной реакции, очевидно, необходимо создать такие условия, чтобы каждое ядро, поглотившее нейтрон, при делении выделяло в среднем один нейтрон, идущий на деление второго тяжелого ядра.

Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления некоторых тяжелых ядер.

Цепная ядерная реакция в реакторе может осуществляться только при определенном количестве делящихся ядер, которые могут делиться при любой энергии нейтронов. Из делящихся материалов важнейшим является изотоп 235U, доля которого в естественном уране составляет всего 0,714%.

Хотя 238U и делится нейтронами, энергия которых превышает 1,2 МэВ, однако самоподдерживающаяся цепная реакция на быстрых нейтронах в естественном уране не возможна из-за высокой вероятности неупругого взаимодействия ядер 238U с быстрыми нейтронами. При этом энергия нейтронов становится ниже пороговой энергии деления ядер 238U.

Использование замедлителя приводит к уменьшению резонансного поглощения в 238U, так как нейтрон может пройти область резонансных энергий в результате столкновения с ядрами замедлителя и поглотиться ядрами 235U, 239Pu, 233U, сечение деления которых существенно увеличивается с уменьшением энергии нейтронов. В качестве замедлителей используют материалы с малым массовым числом и небольшим сечением поглощения (вода, графит, бериллий и др.).

Для характеристики цепной реакции деления используется величина, называемая коэффициентом размножения К. Это отношение числа нейтронов определенного поколения к числу нейтронов предыдущего

поколения. Для стационарной цепной реакции деления К=1. Размножающаяся система (реактор), в которой К=1, называется критической. Если К>1, число нейтронов в системе увеличивается, и она в этом случае называется надкритической. При К< 1 происходит уменьшение числа нейтронов и система называется подкритической. В стационарном состоянии реактора число вновь образующихся нейтронов равно числу нейтронов, покидающих реактор (нейтроны утечки) и поглощающихся в его пределах. В критическом реакторе присутствуют нейтроны всех энергий. Они образуют так называемый энергетический спектр нейтронов, который характеризует число нейтронов различных энергий в единице объема в любой точке реактора. Средняя энергия спектра нейтронов определяется долей замедлителя, делящихся ядер (ядра горючего) и других материалов, которые входят в состав активной зоны реактора. Если большая часть делений происходит при поглощении тепловых нейтронов, то такой реактор называется реактором на тепловых нейтронах. Энергия нейтронов в такой системе не превышает 0.2 эВ. Если большая часть делений в реакторе происходит при поглощении быстрых нейтронов, такой реактор называется реактором на быстрых нейтронах.

В активной зоне реактора на тепловых нейтронах наряду с ядерным топливом находится значительная масса замедлителя-вещества, отличающегося большим сечением рассеяния и малым сечением поглощения. атомный энергетика реактор электростанция

Активная зона реактора практически всегда, за исключением специальных реакторов, окружена отражателем, возвращающим часть нейронов в активную зону за счет многократного рассеяния. В реакторах на быстрых нейронах активная зона окружена зонами воспроизводства. В них происходит накопление делящихся изотопов. Кроме того, зоны воспроизводства выполняют и функции отражателя. В ядерном реакторе происходит накопления продуктов деления, которые называются шлаками. Наличие шлаков приводит к дополнительным потерям свободных нейтронов.

Ядерные реакторы в зависимости от взаимного размещения горючего и замедлителя подразделяются на гомогенные и гетерогенные. В гомогенном реакторе активная зона представляет собой однородную массу топлива, замедлителя и теплоносителя в виде раствора, смеси или расплава. Гетерогенным называется реактор, в котором топливо в виде блоков или тепловыделяющих сборок размещено в замедлителе, образуя в нем правильную геометрическую решетку.

5 . Особенности ядерного реактора как источника теплоты

При работе реактора в тепловыводящих элементах (твэлах), а также во всех его конструктивных элементах в различных количествах выделяется теплота. Это связано, прежде всего, с торможением осколков деления, их бета - и гамма-излучениями, а также ядер, испытывающих взаимодействие с нейтронами, и, наконец, с замедлением быстрых нейтронов. Осколки при делении ядра топлива классифицируются по скоростям, соответствующим температуре в сотни миллиардов градусов.

Особенность ядерного реактора состоит в том, что 94% энергии деления превращается в теплоту мгновенно, т.е. за время, в течение которого мощность реактора или плотность материалов в нем не успевает заметно измениться. Поэтому при изменении мощности реактора тепловыделение следует без запаздывания за процессом деления топлива. Однако при выключении реактора, когда скорость деления уменьшается более чем в десятки раз, в нем остаются источники запаздывающего тепловыделения (гамма - и бета-излучение продуктов деления), которые становятся преобладающими.

Мощность ядерного реактора пропорциональна плотности потока нейронов в нем, поэтому теоретически достижима любая мощность. Практически же предельная мощность определяется скоростью отвода теплоты, выделяемой в реакторе. Удельный теплосъем в современных энергетических реакторах составляет 102 - 103 МВт/м3, в вихревых - 104 - 105 МВт/м3.

От реактора теплота отводится циркулирующим через него теплоносителем. Характерной особенностью реактора является остаточное тепловыделение после прекращения реакции деления, что требует отвода теплоты в течение длительного времени после остановки реактора. Хотя мощность остаточного тепловыделения значительно меньше номинальной, циркуляция теплоносителя через реактор должна обеспечиваться очень надежно, так как остаточное тепловыделение регулировать нельзя. Удаление теплоносителя из работавшего некоторое время реактора категорически запрещено во избежание перегрева и повреждения тепловыделяющих элементов.

6 . Устройство энергетических ядерных реакторов

Энергетический ядерный реактор - это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер тяжелых элементов, а выделяющаяся при этом тепловая энергия отводится теплоносителем. Главным элементом ядерного реактора является активная зона. В нем размещается ядерное топливо и осуществляется цепная реакция деления. Активная зона представляет собой совокупность определенным образом размещенных тепловыделяющих элементов, содержащих ядерное топливо. В реакторах на тепловых нейтронах используется замедлитель. Через активную зону прокачивается теплоноситель, охлаждающий тепловыделяющие элементы. В некоторых типах реакторов роль замедлителя и теплоносителя выполняет одно и то же вещество, например обычная или тяжелая вода.

Для управления работой реактора в активную зону вводятся регулирующие стержни из материалов, имеющих большое сечение поглощения нейтронов. Активная зона энергетических реакторов окружена отражателем нейтронов - слоем материала замедлителя для уменьшения утечки нейтронов из активной зоны. Кроме того, благодаря отражателю происходит выравнивание нейтронной плотности и энерговыделения по объему активной зоны, что позволяет при данных размерах зоны получить большую мощность, добиться более равномерного выгорания топлива, увеличить продолжительность работы реактора без перегрузки топлива и упростить систему теплоотвода. Отражатель нагревается за счет энергии замедляющихся и поглощаемых нейтронов и гамма-квантов, поэтому предусматривается его охлаждение. Активная зона, отражатель и другие элементы размещаются в герметичном корпусе или кожухе, обычно окруженном биологической защитой.

7 . Классификация ядерных реакторов

По назначению и мощности ядерные реакторы делятся на несколько групп:

1) экспериментальный реактор (критическая сборка), предназначенный для изучения различных физических величин , значение которых необходимо для проектирования и эксплуатации ядерных реакторов: мощность таких ядерных реакторов не превышает нескольких квт:

2) исследовательские реакторы, в которых потоки нейтронов и g-квантов, генерируемые в активной зоне, используются для исследований в области ядерной физики, физики твёрдого тела, радиационной химии, биологии, для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных потоках (в т. ч. деталей ядерного реактора), для производства изотопов. Мощность исследовательского ядерного реактора не превосходит 100 Мвт: выделяющаяся энергия, как правило, не используется. К исследовательским ядерным реакторам относится импульсный реактор:

3) изотопные ядерные реакторы, в которых потоки нейтронов используются для получения изотопов, в т. ч. Pu и 3Н для военных целей;

4) энергетические ядерные реакторы, в которых энергия, выделяющаяся при делении ядер, используется для выработки электроэнер­гии, теплофикации, опреснения морской воды, в силовых установках на кораблях и т. д. Мощность (тепловая) современного энер­гетического ядерного реактора достигает 3-5 Гвт.

Ядерные реакторы могут различаться также по виду ядерного топлива (естественный уран, слабо обогащённый, чистый делящийся изотоп), по его химическому составу (металлический U, UO2, UC и т. д.), по виду теплоносителя (Н2О, газ, D2O, органические жидкости, расплавленный металл), по роду замедлителя (С, Н2О, D2O, Be, BeO. гидриды метал­лов, без замедлителя). Наиболее распро­странены гетерогенные Ядерный реактор на тепловых нейтронах с замедлителями -- Н2О, С, D2O и теплоносителями -- Н2О, газ, D2O.

8 . Экология

Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ. Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой - безопасное хранение отходов.

Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.

Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры, пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Их смешивают с цементом и превращают в блоки или вместе с горячим битумом заливают в стальные емкости.

Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой «мусор» превращать в стекло и керамику.

Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты. Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых.

Эксплуатация АЭС сопровождается не только опасностью радиационного загрязнения, но и другими видами воздействия на окружающую среду. Основным является тепловое воздействие. Оно в полтора-два раза выше, чем от тепловых электростанций.

При работе АЭС возникает необходимость охлаждения отработанного водяного пара. Самым простым способом является охлаждение водой из реки, озера, моря или специально сооруженных бассейнов. Вода, нагретая на 5-15 °С, вновь возвращается в тот же источник. Но этот способ несет с собой опасность ухудшения экологической обстановки в водной среде в местах расположения АЭС.

Большее применение находит система водоснабжения с использованием градирен, в которых охлаждение воды происходит за счет ее частичного испарения и охлаждения.

Небольшие потери пополняются постоянной подпиткой свежей водой. При такой системе охлаждения в атмосферу выбрасывается огромного количество водяного пара и капельной влаги. Это может привести к увеличению количества выпадающих осадков, частоты образования туманов, облачности.

В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает.

Вывод

Мировые энергетические потребности в ближайшее десятилетия будут интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.

На ближайшем этапе развития энергетики (первые десятилетия XXI в.) наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Однако можно надеяться, что человечество не остановится на пути прогресса, связанного с потреблением энергии во всевозрастающих количествах.

И ещё, атомная энергетика пока не выдержала испытаний на экономичность, безопасность и расположение общественности. Ее будущее теперь зависит от того, насколько эффективно и надежно будет осуществляться контроль за строительством и эксплуатацией АЭС, а также насколько успешно будет решен ряд других проблем, таких, как проблема удаления радиоактивных отходов. Будущее атомной энергетики зависит также от жизнеспособности и экспансии ее сильных конкурентов - ТЭС, работающих на угле, новых энергосберегающих технологий и возобновляемых энергоресурсов.

Список используемой литературы

1) ru.wikipedia.org «Википедия» энциклопедия

2) АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | Энциклопедия Кругосвет

3) Учебник по ядерной физике В.Г. Кириллов-Угрюмов

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Физические основы ядерной энергетики. Основы теории ядерных реакторов - принцип вырабатывания электроэнергии. Конструктивные схемы реакторов. Конструкции оборудования атомной электростанции (АЭС). Вопросы техники безопасности на АЭС. Передвижные АЭС.

реферат , добавлен 16.04.2008


История развития атомной энергетики. Типы ядерных энергетических реакторов. Переработка и хранение ядерных отходов. Проблема эксплуатационной безопасности. Оценка состояния на сегодняшний день и перспективы её развития. Строительство АЭС в Беларуси.

курсовая работа , добавлен 12.10.2011


Прообраз ядерного реактора, построенный в США. Исследования в области ядерной энергетики, проводимые в СССР, строительство атомной электростанции. Принцип действия атомного реактора. Типы ядерных реакторов и их устройство. Работа атомной электростанции.

презентация , добавлен 17.05.2015


История развития атомной энергетики. Особенности ядерного реактора как источника теплоты, физическое обоснование происходящих при этом процессов. Устройство и принцип работы энергетических ядерных реакторов. Ядерная энергия, ее преимущества и недостатки.

реферат , добавлен 09.12.2010


Состояние атомной энергетики. Особенности размещения атомной энергетики. Долгосрочные прогнозы. Оценка потенциальных возможностей атомной энергетики. Двухэтапное развитие атомной энергетики. Долгосрочные прогнозы. Варианты структуры атомной энергетики.

курсовая работа , добавлен 13.07.2008


Сущность, устройство, типы и принцип действия ядерных реакторов, факторы и причины их опасности. Основное назначение реактора БН-350 в Актау. Особенности самообеспечения ядерной энергетики топливом. Технология производства реакторов с шаровой засыпкой.

контрольная работа , добавлен 27.10.2009


Мировой опыт развития атомной энергетики. Развитие атомной энергетики и строительство атомной электростанции в Беларуси. Общественное мнение о строительстве АЭС в республике Беларусь. Экономические и социальные эффекты развития атомной энергетики.

реферат , добавлен 07.11.2011


Рассмотрение основных целей и задач проектирования ядерных энергетических установок современной атомной электростанции. Изучение норм проектирования в соответствии с требованиями, руководящих документов. Особенности создания энергоблока в учебных целях.

реферат , добавлен 18.04.2015


Мировой опыт развития атомной энергетики. Испытание атомной бомбы. Пуск первой АЭС опытно-промышленного назначения. Чернобыльская авария и ее ущерб людям и народному хозяйству страны. Масштабное строительство атомных станций. Ресурсы атомной энергетики.

курсовая работа , добавлен 15.08.2011


Даты и события в мировой энергетической системе . Схема выработки электроэнергии. Изотопы естественного урана. Реакция деления ядер. Типы ядерных реакторов. Доступность энергетических ресурсов. Количество атомных блоков по странам. Атомные станции РФ.

В преддверии величайшей социальной революции в истории человечества разум обязан искать пути смягчения предстоящего переходного процесса. Такое смягчение может быть достигнуто, если мы сумеем сформулировать такие энергетические программы, которые дадут надежду людям на существенное увеличение энергетического производства без воздействия на биосферу Земли.

Поэтому сегодня важнейшей задачей, стоящей перед человечеством, является проблема создания экологически чистой энергетики, энергетики, способной работать длительное время без существенного влияния на биологическое равновесие планеты.

После решения уйти из ракетной тематики я, по рекомендации моего друга, профессора Московского энергетического института Михаила Ефимовича Дейча, встретился с его учеником, директором ВНИИ атомного энергетического машиностроения Геннадием Алексеевичем Филипповым. На моё признание в том, что я не знаю даже терминологии в стационарной энергетике, он ответил просто: «Ничего, разберётесь. Для меня главное то, что Вас рекомендовал Дейч». В результате, не зная ни тематики, ни одного человека в институте, я стал его заместителем по науке.

Я достаточно быстро вошёл в новую для себя проблематику. После Чернобыльской катастрофы министр энергетического машиностроения СССР Владимир Макарович Величко назначил меня руководителем работ по линии министерства на ЧАЭС. Наше министерство, обладая десятками крупнейших заводов, было поставщиком примерно 70% оборудования на все АЭС страны. Близкое знакомство в течение примерно года (с мая 1986 по июль 1987) с реальными проблемами радиационного поражения заставили меня начать плотно думать о будущей энергетике. В результате я пришёл к пониманию того, что в современном виде у атомной энергетики перспектив нет.

Основное назначение атомной энергетики – сократить потребление органического топлива и тем самым уменьшить потребление атмосферного кислорода и эмиссию углекислого газа в атмосферу Земли. Атомная энергетика в современном виде не в состоянии решить эту проблему. Несмотря на сорокалетнюю историю развития, её доля в общем энергетическом балансе планеты составляет всего несколько процентов. С точки зрения влияния на решение основной задачи, атомной энергетики сегодня просто нет. Есть только связанные с ней проблемы.

Прогнозы развития атомной энергетики, базирующейся на реакциях деления изотопов U 235 и Pu 239 , являются крайне пессимистическими. Увеличение генерирующих мощностей было запланировано только до 2007–2008 годов, да и то в основном за счёт Юго-Восточной Азии (3/4 всех новых мощностей планировалось ввести именно там). Во всех западных странах заказы на ввод новых блоков в предстоявшее десятилетие и далее были аннулированы. После 2008–2010 годов предполагалось начать массовый вывод из эксплуатации блоков, отработавших свой ресурс, что всегда бывает сопряжено с перемещением и захоронением огромных масс радиоактивных отходов. Западная общественность к проблеме перемещения отходов и сооружению хранилищ на своей территории относится резко отрицательно.

В учёном совете нашего института, например, начали появляться работы по выводу АЭС из эксплуатации. Предлагается практически их не трогать, а просто консервировать и ждать сотни лет. Причём стоить всё это будет сотни миллионов долларов по каждой станции плюс десятки миллионов ежегодно. Если и далее продолжить строительство современных АЭС, сколько же таких дорогостоящих памятников мы будем иметь уже в ближайшее время?

Наиболее популярна программа замкнутого топливного цикла с использованием быстрых реакторов для наработки плутония. В этой программе плутонию предназначается роль основного делящегося материала. (При широком развитии современной атомной энергетики без плутония не обойтись просто потому, что запасы 35-го урана по энергоёмкости не превышают разведанных запасов, например, нефти и газа). Программа абсолютно бесперспективна просто потому, что технологии с плутонием не могут найти широкого применения, поскольку плутоний является основным материалом для бомб. Для Запада нет ничего страшнее передачи плутониевых технологий развивающимся странам. А без развития атомной энергетики в этих странах проблему эмиссии не решить. Западные страны не будут развивать атомную энергетику из-за отходов, а развивающимся не дадут, поскольку Запад не хочет, чтобы плутоний оказался в других руках. Так что с бридерами тупик, и напрашивается следующий вывод: сегодня нет реальных предложений для решения основной технологической проблемы нашего времени, проблемы сокращения эмиссии углекислоты и потребления атмосферного кислорода . Есть только, что называется, организационные подходы, о которых говорилось выше. Они приведут к резкому обострению ситуации между 2010 и 2015 годами. Поэтому сегодня крайне важно предложить энергетическую программу, которая сумела бы ослабить напряжённость в международных отношениях в период перехода к адекватным формам социальной организации. По существу, сегодня речь идёт о спасении западной цивилизации от чрезмерных потерь .

Есть ещё одно чрезвычайно важное обстоятельство, которое делает невозможным широкое распространение современных ядерных технологий. Оно заключается в том, что современные технологии ориентированы на использование урана-235, а его, как было сказано, мало. К середине текущего века энергетические потребности человечества за счёт только земных ресурсов удовлетворить будет невозможно. Потребуется промышленно-энергетический выход в космос. Единственным средством для этого является как раз уран-235, поскольку с помощью химии крупные задачи в космосе решены быть не могут. Поэтому бездумное сжигание урана-235 – это не просто глупость, а преступление перед человечеством.

Для того чтобы найти подходы к решению энергетической проблемы, я в течение всех 90-х годов искал пути создания чистой ядерной энергетики. Такая схема вроде бы обозначилась. И если это действительно так, то это будет последний сравнительно дешёвый технологический подарок человечеству в период наступления сложнейших социальных преобразований.

Дело в том, что выделение положительной энергии при делении ядер начинается с массовых чисел в районе 60. В частности, деление ядер свинца и висмута, имеющих массовое число несколько больше двухсот, даёт энергию около 140–150 MэВ, в то время как уран и плутоний дают примерно 200 MэВ. Однако деление U 235 и Pu 239 , составляющих основу современной ядерной энергетики, происходит под действием нейтронов сравнительно низкой энергии (до 1 МэВ). Ядра же «неделящихся» актиноидов (Th, U 238) делятся при энергии более 1 MэВ. Нейтроны высоких энергий (более 10 МэВ) на Земле имеются только в космических лучах , интенсивность которых крайне мала. Поэтому основные процессы взаимодействия нейтронов высоких энергий с ядрами различных веществ (сечения ядерных реакций ) изучены довольно слабо.

В принципе, нейтроны любых энергий можно получить при использовании ускорителей протонов. Однако эти ускорители имели до последнего времени крайне малые коэффициенты полезного действия . Только в конце XX века появились технологии, позволяющие создать ускорители протонов достаточно высокой эффективности. Это дало возможность начать эксперименты в области так называемой электроядерной энергетики. Все в мире пошли по пути получения на ускорителях нейтронов с энергией, достаточной для деления U 235 . Для этой цели требовались ускорители с энергией не более 1–1,5 ГэВ. В случае с «неделящимися» изотопами этой энергии мало.

Включиться в программу электроядерных экспериментов по урановой программе на ускорителе в г. Дубна нам помог последний из могикан советской атомной техники академик Валерий Иванович Субботин. Я с ним познакомился в 1986 году во время работы чернобыльских комиссий. В. И. Субботин познакомил меня с Александром Михайловичем Балдиным, директором лаборатории физики высоких энергий Объединённого института ядерной физики в г. Дубна. Александр Михайлович дал нам возможность принять участие в эксперименте на синхрофазотроне ИЯФ. Формально мы должны были разработать аппаратуру теплофизических измерений для уран-свинцовых сборок, используемых в электроядерных экспериментах. Поставить вопрос о проведении эксперимента сразу на сборках, состоящих из материалов актиноидной группы, было абсолютно нереально. Поэтому я договорился о проведении эксперимента на большой чисто свинцовой сборке при энергии протонов в 5 ГэВ. Однако принять участие в работе я не смог, поскольку после этого я надолго попал в больницу.

Эксперимент был выполнен в июле 1998 года. Его проводила большая международная группа, лидерами в которой были учёные из ФРГ. К сожалению, в части методического обеспечения той задачи, которую я ставил, он был сделан плохо. Я не был поставлен в известность о проведении эксперимента. Поэтому я не смог дать своих предложений по его методическому обеспечению. Термопары нормально сработали, большего для программы деления урана не требовалось, а потому материалы эксперимента, никем не востребованные, пролежали почти год. Когда после выхода из больницы в мае 1999 года я узнал, что эксперимент выполнен, я попросил показать мне его результаты. Одного взгляда на экспериментальные кривые было достаточно, чтобы увидеть то, что положительный результат всей программы не исключён.

Дело в том, что если реакция деления свинца не играет особой роли, то тепловыделение должно происходить только в центре свинцовой сборки за счёт торможения заряженных частиц, образующихся после разрушения ядер свинца и имеющих малый пробег в плотном веществе свинца. Однако было обнаружено, что термопара, расположенная на периферии мишени, начала нагреваться одновременно с центральными термопарами в момент включения пучка, к тому же всего в два раза слабее, чем центральная. Оценки показывают, что ни теплопроводность, ни нагрев за счёт термализации нейтронов, ни гамма-излучение, ни нагрев за счёт заряженных частиц не могут обеспечить наблюдаемый темп разогрева периферийной зоны. Об этом же говорят расчёты, которые были выполнены по моей просьбе Институтом прикладной математики РАН им. М. В. Келдыша по коду Лос-Аламосской лаборатории США. В эксперименте же грелась и периферия сборки. Это могло быть связано только с делением свинца. Результат требовал немедленной проверки, ввиду его исключительной важности.

Я начал требовать проведения чистого эксперимента по своей методике. Я написал массу писем В. В. Путину и членам его Правительства. Всё безрезультатно. Дело упирается, очевидно, в то, что у атомного лобби имеется огромное желание заработать на завозе отработавшего топлива из-за рубежа в Россию. Доказательство возможности создания ядерной энергетики, не использующей U 235 и Pu 239 , закроет навсегда этот миф. (Когда проводились слушания по этому вопросу в Думе, из всех специалистов, работающих в атомной энергетике, только В. И. Субботин и я выступили против варианта с завозом отработанного топлива. Нам не давали говорить. У меня, например, просто выключили микрофон.)

Каких-либо перспектив у современной схемы ядерной энергетики в любом случае просто нет. Видит Бог, я делал и буду делать всё, что могу, чтобы провести свой эксперимент. Его необходимо выполнить, ввиду его чрезвычайной важности. Тем более, что Миннауки и Минатом финансируют совершенно бессмысленные работы по делению урана в электроядерных схемах. Будто бы уран не делится и без ускорителей. В России существует большая, хорошо финансируемая программа по этой теме, руководимая министром Минатома.

Когда этот раздел был уже написан, мне позвонили из Миннауки и сообщили, что решение о финансировании эксперимента, наконец, после трёх лет изнурительной борьбы принято и его финансирование открыто. Эксперимент пройдёт в Протвино на ускорителе Института физики высоких энергий в марте – апреле 2002 года. Я не знаю, что повлияло на принятие этого решения. Депутат Государственной Думы от Арзамаса доктор физико-математических наук Иван Игнатьевич Никитчук послал два запроса в Министерство науки. В последнее время я предпринял несколько достаточно резких шагов. В частности, я имел откровенный разговор по телефону с первым заместителем министра Миннауки С. Б. Алёшиным. Мне представляется, что мне удалось его убедить.

Этот эксперимент мне нужен, чтобы точно знать, имеем ли мы последний технологический резерв для смягчения сложнейших социальных процессов в ближайшем будущем. Но если и его результат окажется отрицательным, то остаются только весьма болезненные организационные решения, о которых я говорил выше.

География атомной энергетики мира: современные особенности, проблемы и перспективы развития

2.3 Перспективы развития атомной энергетики мира

Атомная энергетика, хоть и имеет трагическую историю развития, не лишена определенных преимуществ, чем и обусловлен интерес государств к этой отрасли. У АЭС есть как сторонники, поддерживающие развитие и дальнейшее строительство, так и противники, в основном экологические организации, вроде «Гринпис».

Сегодня примерно 17% мирового производства электроэнергии приходится на атомные электростанции (АЭС). В некоторых странах ее доля значительно больше. Например, в Швеции она составляет около половины всей электроэнергии, во Франции - около трех четвертей. Недавно согласно принятой в Китае программе вклад энергии атомных электростанций предусмотрено увеличить в пять - шесть раз. Заметную, хотя пока не определяющую, роль АЭС играют в США и России. Более сорока лет назад, когда дала ток первая атомная станция в Обнинске, многим казалось, что атомная энергетика - вполне безопасная и экологически чистая. Авария на одной из американской АЭС, а затем катастрофа в Чернобыле показали, что на самом деле атомная энергетика сопряжена с большой опасностью. Общественное сопротивление сегодня таково, что строительство новых АЭС в большинстве стран практически остановлено. Исключение составляют лишь восточноазиатские страны - Япония, Корея, Китай, где атомная энергетика продолжает развиваться.

Специалисты, хорошо знающие сильные и слабые стороны реакторов, смотрят на атомную опасность более спокойно. Накопленный опыт и новые технологии позволяют строить реакторы, вероятность выхода которых из-под контроля хотя и не равна нулю, но крайне мала. На современных атомных предприятиях обеспечен строжайший контроль радиации в помещениях и в каналах реакторов: сменные комбинезоны, специальная обувь, автоматические детекторы излучений, которые ни за что не откроют шлюзовые двери, если на вас есть хотя бы небольшие следы радиоактивной «грязи». Например, на атомной электростанции в Швеции, где чистейшие пластиковые полы и непрерывная очистка воздуха в просторных помещениях, казалось бы, исключают даже мысль о сколь-нибудь заметном радиоактивном заражении.

Атомной энергетике предшествовали испытания ядерного оружия. На земле и в атмосфере проводились испытания ядерных и термоядерных бомб, взрывы которых ужасали мир. В то же время инженеры разрабатывали и ядерные реакторы, предназначенные для получения электрической энергии. Приоритет получили военное направление - производство реакторов для кораблей военно-морского флота. Военным ведомствам особенно перспективным представлялось использование реакторов на подводных лодках: такие суда имели бы практически неограниченный радиус действия и могли бы годами находиться под водой. Американцы сосредоточили свои усилия на создании корпусных водо-водяных реакторов, в которых замедлителем нейтронов, и теплоносителем служила обычная («легкая») вода и которые обладали большой мощностью на единицу массы энергетической установки. Были сооружены полномасштабные наземные прототипы транспортных реакторов, на которых проверялись все конструктивные решения и отрабатывались системы управления и безопасности. В середине 50-х годов XX в. первая подводная лодка с атомным двигателем «Наутилиус» прошла подо льдами Ледовитого океана.

Реактор РБМК (реактор большой мощности, канальный), в котором вода, охлаждающая тепловыделяющие элементы, находится в состоянии кипения, появился как очередной этап последовательного развития канальных графитовых реакторов: промышленный графитовый реактор, реактор первой в мире АЭС, реакторы Белоярской АЭС. Ленинградская АЭС на РБМК проявила свой норов. Несмотря на наличие традиционной автоматической системы регулирования, оператор должен был по мере выгорания топлива все чаще и чаще вмешиваться в управление реактором (до 200 раз в смену). Это было связано с возникновением или усилением в процессе эксплуатации реактора положительных обратных связей, приводящих к развитию неустойчивости с периодом в 10 минут. Для нормального стабильного функционирования какого-либо устройства с положительной обратной связью необходима надежная система автоматического регулирования. Однако всегда существует опасность аварии из-за отказа подобной системы. С проблемой неустойчивости столкнулись и в Канаде, когда пустили в 1971 г. канальный реактор с тяжелой водой в качестве замедлителей нейтронов и кипящей легкой водой в качестве теплоносителя. Канадские специалисты тогда закрыли установку. Сравнительно быстро была разработана новая, приспособленная к РБМК, система автоматического регулирования. Ее внедрение обеспечило приемлемую устойчивость реактора. В СССР развернулось серийное строительство АЭС с реакторами РБМК (нигде в мире подобные установки не использовались).

В СССР накоплен многолетний опыт сооружения и эксплуатации АЭС с реакторами ВВЭР (аналогичными американским PWR), на базе которых может быть в относительно короткие сроки создан в большей степени безопасный энергетический реактор. Такой, что в случае аварийной ситуации все радиоактивные осколки деления ядер урана должны остаться в пределах защитной оболочки.

Развитые страны с большой численностью населения в обозримом будущем не смогут из-за приближающейся экологической катастрофы обойтись без атомной энергетики даже при некоторых запасах обычных видов топлива. Режим экономии энергии может лишь на некоторое время отодвинуть проблему, но не решить ее. Кроме того, многие специалисты считают, что в наших условиях даже временного эффекта добиться не удастся: эффективность предприятий по энергоснабжению зависит от уровня развития экономики. Даже США потребовалось 20-25 лет со дня внедрения в промышленность энергоемких производств.

Вынужденная пауза, возникшая в развитии атомной энергетики, должна быть использована для разработки достаточно безопасного энергетического реактора на базе реактора ВВЭР, а также для разработки альтернативных энергетических реакторов, безопасность которых должна находиться на том же уровне, а экономическая эффективность значительно выше. Целесообразно построить демонстрационную АЭС с подземным размещением реактора ВВЭР в наиболее удобном месте, чтобы проверить ее экономическую эффективность и безопасность.

В последнее время предлагаются различные конструктивные решения атомных станций. В частности, компактную АЭС разработали специалисты Санкт-Петербургского морского бюро машиностроения «Малахит». Предлагаемая станция предназначается для Калининградской области, где проблема энергоресурсов стоит достаточно остро. Разработчики предусмотрели использование в АЭС жидкометаллического теплоносителя (сплава свинца с висмутом) и исключают возможность возникновения на ней радиационно-опасных аварий, в том числе при любых внешних воздействиях. Станция отличается экологической чистотой и экономической эффективностью. Все ее основное оборудование предполагается разместить глубоко под землей - в проложенном среди скальных пород туннеле диаметром в 20 м. Это дает возможность свести к минимуму число наземных сооружений и площадь отчуждаемых земель. Структура проектируемой АЭС - модульная, что тоже очень существенно. Проектная мощность Калининградской АЭС - 220 МВт, но может быть по мере необходимости уменьшена или увеличена в несколько раз при помощи изменения числа модулей.

Перспективы атомной энергетики мира. Давно ведущаяся дискуссия по этому вопросу разделила всех ее участников на два больших лагеря - сторонников и противников развития этой отрасли. Первые доказывают, что без мощностей АЭС человечество не сможет обеспечить себя необходимым количеством электроэнергии. Вторые делают акцент на очень высокую капиталоемкость (строительство 1 энергоблока мощностью 1ГВт составляет 2 млрд. долларов) атомной энергетики и в еще большей степени - на ее недостаточную экологическую и радиационную безопасность. Поэтому и имеющиеся прогнозы, сценарии развития АЭС на будущее сильно различаются.

В развитии атомной энергетики выделяются этапы зарождения, становления развития, стагнации, возрождения и современный. I этап: Зарождение...

География атомной энергетики мира: современные особенности, проблемы и перспективы развития

Существование любой отрасли энергетики и атомной в том числе, невозможно без сырьевой базы. Для данной отрасли сырьевой базой являются руды урана, на основе которых изготавливаются сначала тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы)...

География атомной энергетики мира: современные особенности, проблемы и перспективы развития

В России сегодня эксплуатируются 29 ядерных энергоблоков общей установленной электрической мощностью 21,2 ГВт. В их числе 13 энергоблоков с реакторами типа ВВЭР, 11 энергоблоков с реакторами типа РБМК...

Особенности размещения и развития атомной энергетики РФ: противоречия, перспективы

Мировые ресурсы урана в наиболее богатых месторождениях с концентрацией металла в рудах >=0,1% в настоящее время оцениваются следующим образом: разведанные - несколько более 5 млн. т, потенциальные - 10 млн. т...

Особенности размещения и развития атомной энергетики РФ: противоречия, перспективы

Развитие атомной энергетики в два этапа предполагает длительное сосуществование тепловых реакторов на 235U, пока есть дешёвый уран, и быстрых реакторов...

Понятие территориальной организации хозяйства

В перспективе ведущими отраслями промышленного сектора экономики будут машиностроение, ядерная энергетика, электрометаллургия. В машиностроении приоритет в большей мере следует отдавать наукоемким отраслям - приборостроению, электронике...

Основным производителем тепловой и электрической энергии в Республике Татарстан является ОАО «Татэнерго». На данном предприятии вырабатывается практически вся электроэнергия и значительная доля тепловой энергии...

Проблемы развития энергетики в Республике Татарстан

Северо-Запад России в мировой экономике

В современной ситуации все действия, претендующие на развитие макрорегиона "Северо-Запад", должны быть согласованы с концептом "нового освоения" и выстраиваться в логике комплиментарности (взаимодополняемости)...

Характеристика лесоперерабатывающей промышленности Северо-Запада России

При размещении предприятий по механической обработке древесины необходимо учитывать такие особенности лесной промышленности, как высокие удельные расходы сырья на изготовление продукции и огромные производственные отходы...

Экономико-географическая сравнительная характеристика Атырауской области и республики Дагестан

В начале ХХ в. свыше 2/3 мирового энергопотребления обеспечивалось за счет угля. В это же время в топливном балансе России дрова составляли 57%, солома -- 11%, на минеральное топливо (прежде всего уголь) приходилось 32%...

Курсовая работа студента группы НП1_2 Еровиченкова А.С.

Финансовая Академия при Правительстве Российской Федерации

Кафедра “Экономическая география и региональная экономика”

Москва - 1997

Предпосылки развития атомной энергетики

Россия была, есть и будет одной из ведущих энергетических держав мира. И это не только потому, что в недрах страны находится 12% мировых запасов угля, 13% нефти и 36% мировых запасов природного газа, которых достаточно для полного обеспечения собственных потребностей и для экспорта в сопредельные государства. Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно-технического и кадрового потенциала топливно-энергетического комплекса (ТЭК).

Но экономический кризис последних лет существенным образом затронул и этот комплекс. Производство первичных энергоресурсов в 1993 г. составило 82% от уровня 1990 и продолжало падать. Уменьшение потребления топлива и энергии, обусловленное общим экономическим спадом, временно облегчило задачу энергообеспечения страны, хотя в ряде регионов пришлось вынужденно ограничивать потребление энергии. Отсутствие необходимых инвестиций не позволило в 90-х годах компенсировать естественное выбытие производственных мощностей и обновлять основные фонды, износ которых в отраслях ТЭК колеблется в пределах 30-80%. В соответствии с нормами безопасности требуют реконструкции и до половины АЭС.

Следует заметить, что в 1981-1985 гг. среднегодовой ввод мощностей в электроэнергетике был 6 млн. кВт в год, а в 1995 г. - только 0,3 млн. кВт. В 1995 году в России произведено 860 млрд. кВт\час, а в 1996 г. в связи со снижением спроса и износом установленного на электростанциях оборудования - 840 млрд.. кВт\час.

Производство электроэнергии на электростанциях России (млрд. Квт-ч)

1990	1995	2000	2005
ВСЕГО	1082	860	922	1020
ГЭС и ГАС	167	177	166	180
КЭС	397	252	242	249
ТЭЦ	400	332	392	457
АЭС	118	99	122	134

Таблица 1

Доля России в объёме мирового производства электроэнергии составляла в 1990 г 8,2%, а в 1995 г сократилась до 7,6%.

В 1993 году по производству электроэнергии на душу населения Россия занимала 13-е место в мире (6297 кВт\ч).

В 1991-1996 гг. электропотребление в России снизилось более чем на 20%, в том числе в 1996 г - на 1%. В 1997 г впервые в 90-е годы ожидается рост производства электроэнергии.

В начале 90-х годов установленные энергетические мощности России превышали 7% мировых. В 1995 г установленная мощность электроэнергетики России составляла 215,3 млн. кВт, в том числе доля мощностей ТЭС - 70%, ГЭС - 20% и АЭС - 10%.

В 1992-1995 гг. было введено 66 млн. кВт генерирующих мощностей. В настоящее время 15 млн. кВт оборудования ТЭС выработали ресурс. В 2000 году таких мощностей будет уже 35 млн. кВт и в 2005 году - 55 млн. кВт. К 2005 году предельного срока эксплуатации достигнут агрегаты ГЭС мощностью 21 млн. кВт (50% мощностей ГЭС России). На АЭС в 2001-2005 гг. будут выведены из эксплуатации 6 энергоблоков общей мощностью 3,8 млн. кВт.

По оценкам экспертов в настоящее время на 40% электростанций России используется устаревшее оборудование.Если не будут приняты меры по обновлению генерирующего оборудования, то динамика его старения к 2010 году будет выглядеть следующим образом: (тыс. млн. кВт)

1995 г	2000 г	2005 г	20010 г
ВСЕГО	17,0	49,3	83,3	108,5
ТЭС	14,2	35,3	55,1	75,1
ГЭС	2,8	14,0	24,0	25,0
АЭС	-	-	3,8	8,4

Таблица 2

В этих условиях для обеспечения прогнозируемого спроса на электрическую энергию и мощность потребуется значительная реконструкция действующих, а затем и строительство новых электростанций. Но какой вид энергии самый экономичный, безопасный и экологически чистый? На развитие какой отрасли направить основные средства? На сегодняшний день при выборе источника электроэнергии нельзя не отметить актуальность такого фактора, как ограниченность источников энергии.

Ограниченность источников энергии.

Современные темпы энергопотребления составляют примерно 0,5 Q в год, однако они растут в геометрической прогрессии . Так, в первой четверти следующего тысячелетия энергопотребление, по прогнозам, составит 1 Q в год. Следовательно, если даже учесть, что темпы роста потребления электроэнергии несколько сократятся из-за совершенствования энергосберегающих технологий, запасов энергетического сырья хватит максимум на 100 лет.

Однако положение усугубляется еще и несоответствием структуры запасов и потребления органического сырья. Так, 80% запасов органического топлива приходится на уголь и лигниты и лишь 20% на нефть и газ, в то время как 8/10 современного энергопотребления приходится на нефть и газ. Следовательно, временные рамки еще более сужаются.

Альтернативой органическому топливу и возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика. Однако и здесь источник энергии достаточно сильно ограничен. Это связано с тем, что крупные реки , как правило, сильно удалены от промышленных центров либо их мощности практически полностью использованы. Таким образом, гидроэнергетика, в настоящий момент обеспечивающая около 10% производства энергии в мире, не сможет существенно увеличить эту цифру.

Огромный потенциал энергии Солнца (порядка 10 Q в среднем в сутки) мог бы теоретически обеспечить все мировые потребности энергетики. Но если отнести эту энергию на один квадратный метр поверхности Земли, то средняя тепловая мощность получится не более 200 Вт/м, или около 20 Вт/м электрической мощности при кпд преобразования в электроэнергию 10%. Это, очевидно, ограничивает возможности солнечной энергетики при создании электростанций большой мощности (для станции мощностью 1 млн. кВт площадь солнечных преобразователей должна быть около 100 км). Принципиальные трудности возникают и при анализе возможностей создания генераторов большой мощности, использующих энергию ветра, приливы и отливы в океане, геотермальную энергию, биогаз, растительное топливо и т.д. Все это приводит к выводу об ограниченности возможностей рассмотренных так называемых “воспроизводимых” и относительно экологически чистых ресурсов энергетики, по крайней мере , в относительно близком будущем. Хотя эффект от их использования при решении отдельных частных проблем энергообеспечения может быть уже сейчас весьма впечатляющим, суммарная доля воспроизводимых ресурсов в ближайшие 40 50 лет не превысит 15 20%.

Конечно, существует оптимизм по поводу возможностей термоядерной энергии и других эффективных способов получения энергии, интенсивно исследуемых наукой, но при современных масштабах энергопроизводства, при практическом освоении этих возможных источников потребуется несколько десятков лет из-за высокой капиталоемкости (до 30% всех капитальных затрат в промышленности требует энергетика) и соответствующей инерционности в реализации проектов. Так что в перспективе до середины следующего века можно ориентироваться на существенный вклад в мировую энергетику лишь тех новых источников, для которых уже сегодня решены принципиальные проблемы массового использования и создана техническая база для промышленного освоения. Единственным здесь конкурентом традиционному органическому топливу может быть только ядерная энергетика, обеспечивающая уже сейчас около 20% мирового производства электроэнергии с развитой сырьевой и производственной базой для дальнейшего развития отрасли.

Важнейшие факторы развития атомной энергетики

На все более конкурентном и многонациональном глобальном энергетическом рынке ряд важнейших факторов будет влиять не только на выбор вида энергии, но также и на степень и характер использования разных источников энергии. Эти факторы включают в себя:

оптимальное использование имеющихся ресурсов;

сокращение суммарных расходов;

сведение к минимуму экологических последствий;

убедительную демонстрацию безопасности;

удовлетворение потребностей национальной и международной политики.

Для ядерной энергии эти пять факторов определяют будущие стратегии в области топливного цикла и реакторов. Цель заключается в том, чтобы оптимизировать эти факторы.

Хотя достижение признания со стороны общественности не всегда включалось в качестве важнейшего фактора, в действительности этот фактор является жизненно важным для ядерной энергии. Необходимо открыто и достоверно ознакомить общественность и лиц, принимающих решения, с реальными выгодами ядерной энергетики. В следующем ниже обсуждении содержатся элементы убедительной аргументации. Растущее нежелание общественности, особенно в промышленно развитых странах, соглашаться с вводом новых промышленных установок сказывается на политике во всем энергетическом секторе и влияет на осуществление всех проектов энергетических установок.

Максимальное использование ресурсов

Известные и вероятные запасы урана должны обеспечить достаточное снабжение ядерным топливом в краткосрочном и среднесрочном плане, даже если реакторы будут работать главным образом с однократными циклами, предусматривающими захоронение отработавшего топлива. Проблемы в топливообеспечении атомной энергетики могут возникнуть лишь к 2030 году при условии развития и увеличения к этому времени атомных энергомощностей. Для их решения потребуются разведка и освоение новых месторождений урана на территории России, использование накопленных оружеййного и энергетического плутония и урана, развитие атомной энергетики на альтернативных видах ядерного топлива. Одна тонна оружейного плутония по теплотворному эквиваленту органического топлива при “сжигании” в тепловых реакторах в открытом топливном цикле соответствует 2,5 млрд. куб. м. природного газа. Приближенная оценка показывает, что общий энергетический потенциал оружейного сырья, с использованием в парке АЭС также реакторов на быстрых нейтронах, может соответствовать выработке 12-14 трлн. киловатт-часов электроэнергии, т.е 12-14 годовым её выработкам на уровне 1993 года, и сэкономить в электроэнергетике около 3,5 трлн.кубометров природного газа. Однако по мере роста спроса на уран и уменьшения его запасов, обусловленного необходимостью удовлетворять потребности растущих мощностей атомных станций, возникнет экономическая необходимость оптимального использования урана таким образом, чтобы вырабатывалась вся потенциально содержащаяся в нем энергия на единицу количества руды. Существуют разнообразные способы достижения этого в ходе процесса обогащения и на этапе эксплуатации. В долгосрочном плане потребуются повторное использование наработанных делящихся материалов в тепловых реакторах и внедрение быстрых реакторов-размножителей.