من مخترع محطة الطاقة النووية؟ كيف تعمل محطة الطاقة النووية؟

محطة الطاقة النووية، أو NPP باختصار، عبارة عن مجموعة معقدة من الهياكل التقنية المصممة لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام الطاقة المنطلقة أثناء تفاعل نووي متحكم فيه.

وفي النصف الثاني من الأربعينيات، وقبل الانتهاء من العمل على إنشاء أول قنبلة ذرية، والتي تم اختبارها في 29 أغسطس 1949، بدأ العلماء السوفييت في تطوير المشاريع الأولى للاستخدام السلمي للطاقة الذرية. وكان التركيز الرئيسي للمشاريع الكهرباء.

في مايو 1950، بالقرب من قرية أوبنينسكوي بمنطقة كالوغا، بدأ بناء أول محطة للطاقة النووية في العالم.

تم إنتاج الكهرباء لأول مرة باستخدام مفاعل نووي في 20 ديسمبر 1951 في ولاية أيداهو في الولايات المتحدة الأمريكية.

ولاختبار وظائفه، تم توصيل المولد بأربعة مصابيح متوهجة، لكنني لم أتوقع أن تضيء المصابيح.

ومنذ تلك اللحظة، بدأت البشرية في استخدام طاقة المفاعل النووي لإنتاج الكهرباء.

محطات الطاقة النووية الأولى

تم الانتهاء من بناء أول محطة للطاقة النووية في العالم بقدرة 5 ميجاوات في عام 1954 وفي 27 يونيو 1954 تم إطلاقها وبدأت العمل.

في عام 1958، تم تشغيل المرحلة الأولى من محطة الطاقة النووية السيبيرية بقدرة 100 ميجاوات.

كما بدأ بناء محطة الطاقة النووية الصناعية بيلويارسك في عام 1958. في 26 أبريل 1964، قام مولد المرحلة الأولى بتزويد المستهلكين بالتيار.

في سبتمبر 1964، تم إطلاق الوحدة الأولى من محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية بقدرة 210 ميجاوات. وتم إطلاق الوحدة الثانية بقدرة 350 ميجاوات في ديسمبر 1969.

في عام 1973، تم إطلاق محطة لينينغراد للطاقة النووية.

وفي بلدان أخرى، تم تشغيل أول محطة للطاقة النووية الصناعية في عام 1956 في كالدر هول (بريطانيا العظمى) بقدرة 46 ميجاوات.

في عام 1957، بدأ تشغيل محطة للطاقة النووية بقدرة 60 ميجاوات في شيبينجبورت (الولايات المتحدة الأمريكية).

قادة العالم في إنتاج الطاقة النووية هم:

1. الولايات المتحدة الأمريكية (788.6 مليار كيلووات ساعة/سنة)،
2. فرنسا (426.8 مليار كيلووات ساعة/سنة)،
3. اليابان (273.8 مليار كيلووات ساعة/سنة)،
4. ألمانيا (158.4 مليار كيلووات ساعة/سنة)،
5. روسيا (154.7 مليار كيلووات ساعة/سنة).

تصنيف الطاقة النووية

يمكن تصنيف محطات الطاقة النووية بعدة طرق:

حسب نوع المفاعل

• مفاعلات نيوترونية حرارية تستخدم وسائط خاصة لزيادة احتمالية امتصاص النيوترونات بواسطة نوى ذرات الوقود
• مفاعلات الماء الخفيف
• مفاعلات الماء الثقيل
• مفاعلات سريعة
• المفاعلات دون الحرجة التي تستخدم مصادر النيوترونات الخارجية
• مفاعلات الاندماج

حسب نوع الطاقة المنطلقة

1. محطات الطاقة النووية (NPPs) مصممة لتوليد الكهرباء فقط
2. محطات الطاقة والحرارة النووية المشتركة (CHPs)، والتي تولد الكهرباء والطاقة الحرارية

توجد في محطات الطاقة النووية الموجودة في روسيا منشآت تدفئة؛ وهي ضرورية لتسخين مياه الشبكة.

أنواع الوقود المستخدم في محطات الطاقة النووية

في محطات الطاقة النووية، من الممكن استخدام العديد من المواد، التي بفضلها يمكن توليد الكهرباء النووية؛ وقود محطات الطاقة النووية الحديثة هو اليورانيوم والثوريوم والبلوتونيوم.

لا يُستخدم وقود الثوريوم في محطات الطاقة النووية اليوم، وذلك لعدد من الأسباب.

أولاً، فمن الصعب تحويلها إلى عناصر وقود، عناصر الوقود المختصرة.

قضبان الوقود عبارة عن أنابيب معدنية توضع داخل المفاعل النووي. داخل

تحتوي عناصر الوقود على مواد مشعة. هذه الأنابيب هي مرافق لتخزين الوقود النووي.

ثانيًافإن استخدام وقود الثوريوم يتطلب معالجته المعقدة والمكلفة بعد استخدامه في محطات الطاقة النووية.

كما لا يستخدم وقود البلوتونيوم في هندسة الطاقة النووية، وذلك بسبب أن هذه المادة لها تركيبة كيميائية معقدة للغاية، ولم يتم بعد تطوير نظام للاستخدام الكامل والآمن.

وقود اليورانيوم

المادة الرئيسية التي تنتج الطاقة في محطات الطاقة النووية هي اليورانيوم. يتم استخراج اليورانيوم اليوم بعدة طرق:

• تعدين سطحي
• مقفل في المناجم
• الترشيح تحت الأرض باستخدام حفر المناجم.

يتم الترشيح تحت الأرض، باستخدام حفر المناجم، عن طريق وضع محلول حمض الكبريتيك في آبار تحت الأرض، ويتم تشبع المحلول باليورانيوم ثم يتم ضخه مرة أخرى إلى الخارج.

وتقع أكبر احتياطيات اليورانيوم في العالم في أستراليا وكازاخستان وروسيا وكندا.

أغنى الودائع موجودة في كندا وزائير وفرنسا وجمهورية التشيك. في هذه البلدان، يتم الحصول على ما يصل إلى 22 كيلوغرامًا من مادة اليورانيوم الخام من طن من الخام.

في روسيا، يتم الحصول على ما يزيد قليلاً عن كيلوغرام ونصف من اليورانيوم من طن واحد من الخام. مواقع تعدين اليورانيوم غير مشعة.

تشكل هذه المادة في شكلها النقي خطراً ضئيلاً على البشر. الخطر الأكبر هو غاز الرادون المشع عديم اللون، والذي يتشكل أثناء التحلل الطبيعي لليورانيوم.

تحضير اليورانيوم

ولا يستخدم اليورانيوم على شكل خام في محطات الطاقة النووية؛ فالخام لا يتفاعل. لاستخدام اليورانيوم في محطات الطاقة النووية، تتم معالجة المواد الخام إلى مسحوق - أكسيد اليورانيوم، وبعد ذلك يصبح وقود اليورانيوم.

يتم تحويل مسحوق اليورانيوم إلى "أقراص" معدنية - يتم ضغطه في قوارير صغيرة أنيقة يتم إشعالها خلال النهار عند درجات حرارة أعلى من 1500 درجة مئوية.

إن كريات اليورانيوم هذه هي التي تدخل المفاعلات النووية، حيث تبدأ في التفاعل مع بعضها البعض، وفي نهاية المطاف، تزود الناس بالكهرباء.

ويعمل حوالي 10 ملايين من كريات اليورانيوم في وقت واحد في مفاعل نووي واحد.

قبل وضع كريات اليورانيوم في المفاعل، يتم وضعها في أنابيب معدنية مصنوعة من سبائك الزركونيوم - عناصر الوقود؛ وتتصل الأنابيب ببعضها البعض في حزم وتشكل مجمعات الوقود - مجمعات الوقود.

ومجمعات الوقود هي التي تسمى وقود محطات الطاقة النووية.

كيف تتم إعادة معالجة الوقود في محطات الطاقة النووية؟

وبعد عام من استخدام اليورانيوم في المفاعلات النووية يجب استبداله.

يتم تبريد عناصر الوقود لعدة سنوات وإرسالها للتقطيع والذوبان.

ونتيجة للاستخلاص الكيميائي، يتم إطلاق اليورانيوم والبلوتونيوم، والتي يتم إعادة استخدامها واستخدامها لصنع وقود نووي جديد.

وتستخدم نواتج اضمحلال اليورانيوم والبلوتونيوم في تصنيع مصادر الإشعاعات المؤينة، وتستخدم في الطب والصناعة.

يتم إرسال كل ما تبقى بعد هذه التلاعبات إلى الفرن للتدفئة، ويصنع الزجاج من هذه الكتلة، ويتم تخزين هذا الزجاج في مرافق تخزين خاصة.

ولا يُصنع الزجاج من المخلفات للاستخدام الشامل؛ بل يُستخدم لتخزين المواد المشعة.

من الصعب استخراج بقايا العناصر المشعة التي يمكن أن تضر بالبيئة من الزجاج. في الآونة الأخيرة، ظهرت طريقة جديدة للتخلص من النفايات المشعة.

المفاعلات النووية السريعة أو مفاعلات النيوترونات السريعة، التي تعمل على بقايا الوقود النووي المعاد معالجتها.

ووفقا للعلماء، فإن بقايا الوقود النووي، المخزنة حاليا في مرافق التخزين، قادرة على توفير الوقود لمفاعلات النيوترونات السريعة لمدة 200 عام.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمفاعلات السريعة الجديدة أن تعمل بوقود اليورانيوم، الذي يتم تصنيعه من اليورانيوم 238، ولا تستخدم هذه المادة في محطات الطاقة النووية التقليدية، لأن من الأسهل على محطات الطاقة النووية اليوم معالجة 235 و233 يورانيوم، والتي لم يتبق منها سوى القليل في الطبيعة.

وبالتالي فإن المفاعلات الجديدة تمثل فرصة لاستخدام رواسب ضخمة من 238 يورانيوم، والتي لم يتم استخدامها من قبل.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة النووية

مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية على أساس مفاعل الماء المضغوط مزدوج الدائرة (VVER).

يتم نقل الطاقة المنطلقة في قلب المفاعل إلى المبرد الأولي.

عند خروج التوربينات، يدخل البخار إلى المكثف، حيث يتم تبريده بواسطة كمية كبيرة من الماء القادمة من الخزان.

معوض الضغط عبارة عن هيكل معقد ومرهق إلى حد ما يعمل على معادلة تقلبات الضغط في الدائرة أثناء تشغيل المفاعل والتي تنشأ بسبب التمدد الحراري لسائل التبريد. يمكن أن يصل الضغط في الدائرة الأولى إلى 160 ضغط جوي (VVER-1000).

بالإضافة إلى الماء، يمكن أيضًا استخدام الصوديوم أو الغاز المنصهر كمبرد في مفاعلات مختلفة.

إن استخدام الصوديوم يجعل من الممكن تبسيط تصميم غلاف قلب المفاعل (على عكس دائرة الماء، فإن الضغط في دائرة الصوديوم لا يتجاوز الضغط الجوي)، والتخلص من معوض الضغط، لكنه يخلق صعوباته الخاصة. المرتبطة بزيادة النشاط الكيميائي لهذا المعدن.

قد يختلف العدد الإجمالي للدوائر باختلاف المفاعلات، ويظهر الرسم البياني في الشكل للمفاعلات من النوع VVER (مفاعل طاقة الماء والماء).

تستخدم المفاعلات من نوع RBMK (مفاعل من نوع القناة عالية الطاقة) دائرة مائية واحدة، وتستخدم مفاعلات BN (مفاعل النيوترونات السريعة) دائرتين من الصوديوم ودائرتين مائيتين.

إذا لم يكن من الممكن استخدام كمية كبيرة من الماء لتكثيف البخار، فبدلاً من استخدام الخزان، يمكن تبريد المياه في أبراج تبريد خاصة، والتي عادة ما تكون، بسبب حجمها، الجزء الأكثر وضوحًا في محطة الطاقة النووية.

هيكل المفاعل النووي

يستخدم المفاعل النووي عملية الانشطار النووي حيث تنقسم النواة الثقيلة إلى شظيتين أصغر.

تكون هذه الشظايا في حالة متحمسة للغاية وتنبعث منها نيوترونات وجسيمات دون ذرية أخرى وفوتونات.

يمكن للنيوترونات أن تسبب انشطارات جديدة، مما يؤدي إلى انبعاث المزيد منها، وهكذا.

تسمى هذه السلسلة المستمرة من الانقسامات ذاتية الاستدامة بالتفاعل المتسلسل.

يؤدي ذلك إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة، والتي يكون إنتاجها هو الغرض من استخدام محطات الطاقة النووية.

مبدأ تشغيل المفاعل النووي ومحطة الطاقة النووية هو أن حوالي 85% من الطاقة الانشطارية يتم إطلاقها خلال فترة زمنية قصيرة جدًا بعد بدء التفاعل.

ويتم إنتاج الباقي عن طريق التحلل الإشعاعي لنواتج الانشطار بعد أن تنبعث منها النيوترونات.

الاضمحلال الإشعاعي هو عملية تصل فيها الذرة إلى حالة أكثر استقرارًا. ويستمر بعد الانتهاء من التقسيم.

العناصر الأساسية للمفاعل النووي

• الوقود النووي: اليورانيوم المخصب ونظائر اليورانيوم والبلوتونيوم. والأكثر استخدامًا هو اليورانيوم 235؛
• سائل تبريد لإزالة الطاقة المتولدة أثناء تشغيل المفاعل: الماء، والصوديوم السائل، وما إلى ذلك؛
• قضبان التحكم؛
• وسيط النيوترونات.
• غمد الحماية من الإشعاع.

مبدأ تشغيل المفاعل النووي

يوجد في قلب المفاعل عناصر الوقود (عناصر الوقود) - الوقود النووي.

يتم تجميعها في أشرطة تحتوي على عشرات من قضبان الوقود. يتدفق سائل التبريد عبر القنوات عبر كل كاسيت.

تنظم قضبان الوقود قوة المفاعل. التفاعل النووي ممكن فقط عند كتلة معينة (حرجة) من قضيب الوقود.

كتلة كل قضيب على حدة أقل من الكتلة الحرجة. يبدأ التفاعل عندما تكون جميع القضبان في المنطقة النشطة. ومن خلال إدخال وإزالة قضبان الوقود، يمكن التحكم في التفاعل.

لذلك، عند تجاوز الكتلة الحرجة، تطلق عناصر الوقود المشعة نيوترونات تصطدم بالذرات.

ونتيجة لذلك، يتم تشكيل نظير غير مستقر، والذي يضمحل على الفور، ويطلق الطاقة في شكل إشعاع جاما وحرارة.

تنقل الجسيمات المتصادمة طاقة حركية لبعضها البعض، ويزداد عدد الاضمحلالات بشكل كبير.

هذا تفاعل متسلسل - مبدأ تشغيل المفاعل النووي. وبدون تحكم يحدث بسرعة البرق مما يؤدي إلى الانفجار. لكن في المفاعل النووي تكون العملية تحت السيطرة.

وبالتالي، يتم إطلاق الطاقة الحرارية في القلب، والتي يتم نقلها إلى مياه غسل ​​هذه المنطقة (الدائرة الأولية).

هنا درجة حرارة الماء 250-300 درجة. بعد ذلك، ينقل الماء الحرارة إلى الدائرة الثانية، ومن ثم إلى شفرات التوربينات التي تولد الطاقة.

يمكن تمثيل تحويل الطاقة النووية إلى طاقة كهربائية بشكل تخطيطي:

• الطاقة الداخلية لنواة اليورانيوم
• الطاقة الحركية لشظايا النوى المتحللة والنيوترونات المنبعثة
• الطاقة الداخلية للماء والبخار
• الطاقة الحركية للماء والبخار
• الطاقة الحركية للتوربينات ودوارات المولدات
• الطاقة الكهربائية

يتكون قلب المفاعل من مئات من أشرطة الكاسيت متحدة بقشرة معدنية. تلعب هذه القشرة أيضًا دور عاكس النيوترونات.

يتم إدخال قضبان التحكم لضبط سرعة التفاعل وقضبان الحماية في حالات الطوارئ للمفاعل بين الأشرطة.

محطة إمداد الحرارة النووية

تم تطوير المشاريع الأولى لهذه المحطات في السبعينيات من القرن العشرين، ولكن بسبب الاضطرابات الاقتصادية التي حدثت في أواخر الثمانينيات والمعارضة العامة الشديدة، لم يتم تنفيذ أي منها بالكامل.

الاستثناء هو محطة بيليبينو للطاقة النووية ذات السعة الصغيرة؛ فهي توفر الحرارة والكهرباء لقرية بيليبينو في القطب الشمالي (10 آلاف نسمة) ومؤسسات التعدين المحلية، فضلاً عن المفاعلات الدفاعية (التي تنتج البلوتونيوم):

• محطة الطاقة النووية السيبيرية، تزود سيفيرسك وتومسك بالحرارة.
• مفاعل ADE-2 في مجمع كراسنويارسك للتعدين والكيماويات، الذي يزود مدينة زيليزنوجورسك بالطاقة الحرارية والكهربائية منذ عام 1964.

في وقت الأزمة، بدأ بناء العديد من مفاعلات AST على أساس مفاعلات مشابهة لمفاعل VVER-1000:

• فورونيج أست
• غوركي أست
• إيفانوفو AST (مخطط له فقط)

توقف بناء ASTs في النصف الثاني من الثمانينيات أو أوائل التسعينيات.

في عام 2006، خططت شركة Rosenergoatom لبناء محطة طاقة نووية عائمة لأرخانجيلسك وبيفيك ومدن قطبية أخرى بناءً على محطة مفاعل KLT-40 المستخدمة في كاسحات الجليد النووية.

هناك مشروع لبناء محطة طاقة نووية غير مراقبة تعتمد على مفاعل إيلينا، ومحطة مفاعل أنجستريم المتنقلة (بالسكك الحديدية).

عيوب ومزايا محطات الطاقة النووية

أي مشروع هندسي له جوانبه الإيجابية والسلبية.

الجوانب الإيجابية لمحطات الطاقة النووية:

• لا توجد انبعاثات ضارة.
• انبعاثات المواد المشعة أقل بعدة مرات من كهرباء الفحم. محطات ذات طاقة مماثلة (تحتوي محطات الطاقة الحرارية لرماد الفحم على نسبة من اليورانيوم والثوريوم كافية لاستخراجها بشكل مربح)؛
• صغر حجم الوقود المستخدم وإمكانية إعادة استخدامه بعد معالجته؛
• الطاقة العالية: 1000-1600 ميجاوات لكل وحدة طاقة؛
• انخفاض تكلفة الطاقة، وخاصة الطاقة الحرارية.

الجوانب السلبية لمحطات الطاقة النووية:

• الوقود المشعع خطير ويتطلب إجراءات معقدة ومكلفة لإعادة المعالجة والتخزين؛
• إن تشغيل الطاقة المتغيرة غير مرغوب فيه بالنسبة لمفاعلات النيوترونات الحرارية؛
• عواقب الحادث المحتمل خطيرة للغاية، على الرغم من أن احتمالها منخفض للغاية؛
• استثمارات رأسمالية كبيرة، خاصة، لكل 1 ميغاواط من القدرة المركبة للوحدات التي تقل قدرتها عن 700-800 ميغاواط، والعامة، اللازمة لبناء المحطة وبنيتها التحتية، وكذلك في حالة التصفية المحتملة.

التطورات العلمية في مجال الطاقة النووية

لا شك أن هناك أوجه قصور ومخاوف، ولكن يبدو أن الطاقة النووية هي الأكثر واعدة.

الطرق البديلة للحصول على الطاقة، بسبب طاقة المد والجزر والرياح والشمس ومصادر الطاقة الحرارية الأرضية وما إلى ذلك، لا تتمتع حاليًا بمستوى عالٍ من الطاقة المتلقاة، وتركيزها منخفض.

إن الأنواع الضرورية لإنتاج الطاقة لها مخاطر فردية على البيئة والسياحة، على سبيل المثال، إنتاج الخلايا الكهروضوئية التي تلوث البيئة، وخطر مزارع الرياح على الطيور، والتغيرات في ديناميكيات الأمواج.

يقوم العلماء بتطوير مشاريع دولية للجيل الجديد من المفاعلات النووية، على سبيل المثال GT-MGR، والتي من شأنها تحسين السلامة وزيادة كفاءة محطات الطاقة النووية.

بدأت روسيا بناء أول محطة طاقة نووية عائمة في العالم، مما يساعد على حل مشكلة نقص الطاقة في المناطق الساحلية النائية من البلاد.

تقوم الولايات المتحدة الأمريكية واليابان بتطوير محطات طاقة نووية صغيرة بقدرة حوالي 10-20 ميجاوات بغرض توفير الحرارة والطاقة للصناعات الفردية والمجمعات السكنية وفي المستقبل للمنازل الفردية.

انخفاض قدرة المصنع يعني زيادة في حجم الإنتاج. يتم إنشاء المفاعلات الصغيرة الحجم باستخدام تقنيات آمنة تقلل بشكل كبير من احتمالية التسرب النووي.

إنتاج الهيدروجين

تبنت الحكومة الأمريكية مبادرة الهيدروجين الذري. ويجري العمل بالتعاون مع كوريا الجنوبية لإنشاء جيل جديد من المفاعلات النووية القادرة على إنتاج كميات كبيرة من الهيدروجين.

ويتوقع INEEL (مختبر أيداهو الوطني للهندسة البيئية) أن وحدة واحدة من الجيل القادم من محطات الطاقة النووية ستنتج هيدروجينًا يعادل 750 ألف لتر من البنزين يوميًا.

ويجري تمويل البحوث حول جدوى إنتاج الهيدروجين في محطات الطاقة النووية القائمة.

طاقة الانصهار

والاحتمال الأكثر إثارة للاهتمام، رغم أنه بعيد نسبيًا، هو استخدام طاقة الاندماج النووي.

وفقًا للحسابات ، ستستهلك المفاعلات النووية الحرارية وقودًا أقل لكل وحدة طاقة ، وهذا الوقود نفسه (الديوتيريوم والليثيوم والهيليوم -3) ومنتجات تركيبها غير مشعة وبالتالي آمنة بيئيًا.

حاليًا، بمشاركة روسيا، يجري بناء المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي ITER في جنوب فرنسا.

ما هي الكفاءة

عامل الكفاءة (COP) هو إحدى خصائص كفاءة النظام أو الجهاز فيما يتعلق بتحويل أو نقل الطاقة.

يتم تحديده من خلال نسبة الطاقة المستخدمة بشكل مفيد إلى إجمالي كمية الطاقة التي يتلقاها النظام. الكفاءة هي كمية بلا أبعاد وغالباً ما يتم قياسها كنسبة مئوية.

كفاءة محطات الطاقة النووية

أعلى كفاءة (92-95٪) هي ميزة محطات الطاقة الكهرومائية. أنها تولد 14% من الطاقة الكهربائية في العالم.

ومع ذلك، فإن هذا النوع من المحطات هو الأكثر تطلبا فيما يتعلق بموقع البناء، وكما أظهرت الممارسة، فهو حساس للغاية للامتثال لقواعد التشغيل.

أظهر مثال الأحداث التي وقعت في Sayano-Shushenskaya HPP العواقب المأساوية التي يمكن أن تنجم عن إهمال قواعد التشغيل في محاولة لتقليل تكاليف التشغيل.

تتمتع محطات الطاقة النووية بكفاءة عالية (80%). وتبلغ حصتها في إنتاج الكهرباء العالمي 22%.

لكن محطات الطاقة النووية تتطلب اهتماما متزايدا بمسألة السلامة، سواء في مرحلة التصميم، أو أثناء البناء، أو أثناء التشغيل.

إن أدنى انحراف عن قواعد السلامة الصارمة لمحطات الطاقة النووية محفوف بعواقب وخيمة على البشرية جمعاء.

وبالإضافة إلى الخطر المباشر في حالة وقوع حادث، فإن استخدام محطات الطاقة النووية يصاحبه مشاكل تتعلق بالسلامة مرتبطة بالتخلص من الوقود النووي المستهلك أو التخلص منه.

ولا تتجاوز كفاءة محطات الطاقة الحرارية 34%؛ فهي تولد ما يصل إلى ستين بالمائة من كهرباء العالم.

بالإضافة إلى الكهرباء، تنتج محطات الطاقة الحرارية طاقة حرارية يمكن نقلها على شكل بخار ساخن أو ماء ساخن إلى المستهلكين على مسافة 20-25 كيلومترًا. تسمى هذه المحطات CHP (Heat Electric Central).

إن بناء الشراكة عبر المحيط الهادئ ومحطات الحرارة والطاقة المجمعة ليس مكلفا، ولكن ما لم يتم اتخاذ تدابير خاصة، فإنها تخلف تأثيرا سلبيا على البيئة.

يعتمد التأثير السلبي على البيئة على نوع الوقود المستخدم في الوحدات الحرارية.

وأكثر المنتجات ضرراً هي احتراق الفحم ومنتجات النفط الثقيل، أما الغاز الطبيعي فهو أقل عدوانية.

محطات الطاقة الحرارية هي المصادر الرئيسية للكهرباء في روسيا والولايات المتحدة ومعظم الدول الأوروبية.

ومع ذلك، هناك استثناءات، على سبيل المثال، في النرويج، يتم توليد الكهرباء بشكل رئيسي عن طريق محطات الطاقة الكهرومائية، وفي فرنسا، يتم توليد 70٪ من الكهرباء عن طريق محطات الطاقة النووية.

أول محطة كهرباء في العالم

تم تشغيل أول محطة طاقة مركزية، شارع اللؤلؤة، في 4 سبتمبر 1882 في مدينة نيويورك.

تم بناء المحطة بدعم من شركة إديسون المضيئة التي كان يرأسها توماس إديسون.

تم تركيب العديد من مولدات إديسون بسعة إجمالية تزيد عن 500 كيلووات عليها.

وتقوم المحطة بتزويد الكهرباء لمنطقة كاملة من مدينة نيويورك تبلغ مساحتها حوالي 2.5 كيلومتر مربع.

احترقت المحطة وسويت بالأرض في عام 1890؛ ولم ينج سوى دينامو واحد، وهو موجود الآن في متحف قرية جرينفيلد بولاية ميشيغان.

في 30 سبتمبر 1882، بدأ تشغيل أول محطة للطاقة الكهرومائية، شارع فولكان في ويسكونسن. مؤلف المشروع كان ج.د. روجرز، رئيس شركة أبليتون للورق واللب.

تم تركيب مولد بقوة 12.5 كيلووات تقريبًا في المحطة. كان هناك ما يكفي من الكهرباء لتشغيل منزل روجرز ومصانع الورق التابعة له.

محطة كهرباء طريق غلوستر. كانت برايتون واحدة من أولى المدن في بريطانيا التي حصلت على إمدادات الطاقة دون انقطاع.

في عام 1882، أسس روبرت هاموند شركة هاموند للإضاءة الكهربائية، وفي 27 فبراير 1882 افتتح محطة كهرباء طريق غلوستر.

تتكون المحطة من دينامو فرشاة يستخدم لتشغيل ستة عشر مصباحًا قوسيًا.

في عام 1885، تم شراء محطة كهرباء غلوستر من قبل شركة برايتون للكهرباء. في وقت لاحق، تم بناء محطة جديدة على هذه المنطقة، تتكون من ثلاثة دينامو فرشاة مع 40 مصباحا.

محطة كهرباء قصر الشتاء

في عام 1886، تم بناء محطة كهرباء في إحدى باحات الأرميتاج الجديدة.

كانت محطة توليد الكهرباء هي الأكبر في جميع أنحاء أوروبا، ليس فقط في وقت البناء، ولكن أيضًا على مدار الخمسة عشر عامًا التالية.

في السابق، تم استخدام الشموع لإضاءة قصر الشتاء؛ وفي عام 1861، بدأ استخدام مصابيح الغاز. وبما أن المصابيح الكهربائية كانت تتمتع بميزة أكبر، فقد بدأت التطورات في إدخال الإضاءة الكهربائية.

وقبل تحويل المبنى بالكامل إلى الكهرباء، تم استخدام المصابيح لإضاءة قاعات القصر خلال عطلة عيد الميلاد ورأس السنة الجديدة عام 1885.

وفي 9 نوفمبر 1885، تمت الموافقة على مشروع بناء “مصنع الكهرباء” من قبل الإمبراطور ألكسندر الثالث. وشمل المشروع كهربة قصر الشتاء ومباني الأرميتاج والفناء والمنطقة المحيطة به على مدى ثلاث سنوات حتى عام 1888.

كانت هناك حاجة للقضاء على إمكانية اهتزاز المبنى من تشغيل المحركات البخارية؛ وتقع محطة توليد الكهرباء في جناح منفصل مصنوع من الزجاج والمعدن. تم وضعه في الفناء الثاني للأرميتاج، ومنذ ذلك الحين أطلق عليه اسم "الكهربائي".

كيف تبدو المحطة

يشغل مبنى المحطة مساحة 630 م2 ويتكون من غرفة محركات بها 6 غلايات و4 محركات بخارية و2 قاطرات وغرفة بها 36 دينامو كهربائي. وصلت القوة الإجمالية إلى 445 حصان.

جزء من الغرف الأمامية كان أول من أضاء:

• غرفة الانتظار
• قاعة بتروفسكي
• قاعة المشير الكبير
• قاعة الأسلحة
• قاعة سانت جورج

تم تقديم ثلاثة أوضاع للإضاءة:

• تشغيل كامل (عطلة) خمس مرات في السنة (4888 مصباحًا متوهجًا و10 شموع يابلوشكوف)؛
• العمل - 230 المصابيح المتوهجة.
• واجب (ليلي) - 304 مصابيح متوهجة.
  وتستهلك المحطة حوالي 30 ألف رطل (520 طناً) من الفحم سنوياً.

محطات الطاقة الحرارية الكبيرة ومحطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الكهرومائية في روسيا

أكبر محطات توليد الطاقة في روسيا حسب المنطقة الفيدرالية:

وسط:

• محطة كهرباء منطقة كوستروما الحكومية، التي تعمل بزيت الوقود؛
• محطة ريازان، الوقود الرئيسي لها هو الفحم؛
• كوناكوفسكايا، والتي يمكن أن تعمل بالغاز وزيت الوقود؛

الأورال:

• محطتا سورجوتسكايا 1 وسورجوتسكايا 2، والتي تعد من أكبر محطات توليد الطاقة في الاتحاد الروسي. كلاهما يعمل بالغاز الطبيعي.
• Reftinskaya، التي تعمل بالفحم وهي واحدة من أكبر محطات توليد الطاقة في جبال الأورال؛
• ترويتسكايا، التي تعمل بالفحم أيضًا؛
• إيركلينسكايا، المصدر الرئيسي للوقود هو زيت الوقود؛

بريفولجسكي:

• محطة كهرباء منطقة زينسكايا الحكومية، تعمل بزيت الوقود؛

منطقة سيبيريا الفيدرالية:

• محطة كهرباء منطقة نزاروفو الحكومية، التي تستهلك زيت الوقود؛

الجنوب:

• Stavropolskaya، والتي يمكنها أيضًا العمل بالوقود المشترك على شكل غاز وزيت الوقود؛

شمال غربي:

• كيريشسكايا بزيت الوقود.

قائمة محطات الطاقة الروسية التي تولد الطاقة باستخدام المياه، وتقع على أراضي سلسلة أنغارا-ينيسي:

ينيسي:

• سايانو شوشينسكايا
• محطة كراسنويارسك للطاقة الكهرومائية؛

حظيرة:

• إيركوتسك
• براتسكايا
• أوست-إيليمسكايا.

محطات الطاقة النووية في روسيا

بالاكوفو الطاقة النووية

تقع بالقرب من مدينة بالاكوفو بمنطقة ساراتوف، على الضفة اليسرى لخزان ساراتوف. وتتكون من أربع وحدات VVER-1000، تم تشغيلها في الأعوام 1985 و1987 و1988 و1993.

بيلويارسك الطاقة النووية

تقع في مدينة زاريتشني، في منطقة سفيردلوفسك، وهي ثاني محطة للطاقة النووية الصناعية في البلاد (بعد المحطة السيبيرية).

تم بناء أربع وحدات طاقة في المحطة: اثنتان بمفاعلات نيوترونية حرارية واثنتان بمفاعلات نيوترونية سريعة.

حاليًا، وحدات الطاقة العاملة هي وحدتا الطاقة الثالثة والرابعة بمفاعلات BN-600 وBN-800 بقدرة كهربائية تبلغ 600 ميجاوات و880 ميجاوات على التوالي.

تم تشغيل BN-600 في أبريل 1980 - أول وحدة طاقة صناعية في العالم تحتوي على مفاعل نيوتروني سريع.

تم تشغيل BN-800 تجاريًا في نوفمبر 2016. وهي أيضًا أكبر وحدة طاقة في العالم تحتوي على مفاعل نيوتروني سريع.

بيليبينو الطاقة النووية

تقع بالقرب من مدينة بيليبينو، منطقة تشوكوتكا ذاتية الحكم. وتتكون من أربع وحدات سعة 6 جنيهات قدرة كل منها 12 ميجاوات، تم تشغيلها عام 1974 (وحدتان)، 1975، 1976.

يولد الطاقة الكهربائية والحرارية.

كالينين الطاقة النووية

تقع في شمال منطقة تفير، على الشاطئ الجنوبي لبحيرة أودومليا وبالقرب من المدينة التي تحمل الاسم نفسه.

وتتكون من أربع وحدات طاقة بمفاعلات من نوع VVER-1000 بقدرة كهربائية تبلغ 1000 ميجاوات، والتي تم تشغيلها في الأعوام 1984 و1986 و2004 و2011.

وفي 4 يونيو 2006، تم التوقيع على اتفاقية بناء وحدة الطاقة الرابعة، والتي تم تشغيلها في عام 2011.

كولا الطاقة النووية

يقع بالقرب من مدينة بوليارني زوري بمنطقة مورمانسك على ضفاف بحيرة إيماندرا.

وتتكون من أربع وحدات VVER-440، تم تشغيلها في الأعوام 1973 و1974 و1981 و1984.
قوة المحطة 1760 ميجاوات.

كورسك الطاقة النووية

واحدة من أكبر أربع محطات للطاقة النووية في روسيا، بنفس القدرة البالغة 4000 ميجاوات.

يقع بالقرب من مدينة كورشاتوف بمنطقة كورسك على ضفاف نهر سيم.

وتتكون من أربع وحدات RBMK-1000، تم تشغيلها في الأعوام 1976 و1979 و1983 و1985.

قوة المحطة 4000 ميجاوات.

لينينغراد الطاقة النووية

واحدة من أكبر أربع محطات للطاقة النووية في روسيا، بنفس القدرة البالغة 4000 ميجاوات.

تقع بالقرب من مدينة سوسنوفي بور بمنطقة لينينغراد على ساحل خليج فنلندا.

وتتكون من أربع وحدات RBMK-1000، تم تشغيلها في الأعوام 1973 و1975 و1979 و1981.

قوة المحطة 4 جيجاوات. وفي عام 2007 بلغ الإنتاج 24.635 مليار كيلووات ساعة.

نوفوفورونيج NPP

تقع في منطقة فورونيج بالقرب من مدينة فورونيج، على الضفة اليسرى لنهر الدون. يتكون من وحدتين VVER.

وهي تزود منطقة فورونيج بـ 85% من الطاقة الكهربائية و50% بالحرارة لمدينة نوفوفورونيج.

تبلغ قوة المحطة (باستثناء) 1440 ميجاوات.

روستوف للطاقة النووية

تقع في منطقة روستوف بالقرب من مدينة فولجودونسك. وتبلغ الطاقة الكهربائية لوحدة الطاقة الأولى 1000 ميجاواط، وفي عام 2010 تم ربط الوحدة الثانية للمحطة بالشبكة.

في الفترة 2001-2010، تم تسمية المحطة باسم Volgodonsk NPP؛ ومع إطلاق وحدة الطاقة الثانية في NPP، تم تغيير اسم المحطة رسميًا إلى Rostov NPP.

وفي عام 2008، أنتجت محطة الطاقة النووية 8.12 مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء. بلغ عامل الاستفادة من القدرة المركبة (IUR) 92.45%. منذ إطلاقه (2001)، أنتج أكثر من 60 مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء.

سمولينسك الطاقة النووية

يقع بالقرب من مدينة ديسنوجورسك بمنطقة سمولينسك. تتكون المحطة من ثلاث وحدات طاقة بمفاعلات من نوع RBMK-1000، والتي تم تشغيلها في الأعوام 1982 و1985 و1990.

تشتمل كل وحدة طاقة على: مفاعل واحد بقدرة حرارية 3200 ميجاوات ومولدين توربينيين بقدرة كهربائية 500 ميجاوات لكل منهما.

محطات الطاقة النووية الأمريكية

تم افتتاح محطة شيبينغبورت للطاقة النووية، بقدرة 60 ميجاوات، في عام 1958 في ولاية بنسلفانيا. بعد عام 1965، كان هناك بناء مكثف لمحطات الطاقة النووية في جميع أنحاء الولايات المتحدة.

تم بناء الجزء الأكبر من محطات الطاقة النووية في أمريكا في السنوات الخمس عشرة التي تلت عام 1965، قبل وقوع أول حادث خطير في محطة للطاقة النووية على هذا الكوكب.

إذا تم تذكر الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية باعتباره الحادث الأول، فهذا ليس كذلك.

وكان سبب الحادث هو وجود مخالفات في نظام تبريد المفاعل وأخطاء عديدة من قبل العاملين في التشغيل. ونتيجة لذلك، ذاب الوقود النووي. استغرقت إزالة آثار الحادث حوالي مليار دولار، واستغرقت عملية التصفية 14 عاماً.

وبعد الحادث قامت حكومة الولايات المتحدة الأمريكية بتعديل شروط السلامة لتشغيل جميع محطات الطاقة النووية في الدولة.

وأدى ذلك بالتالي إلى استمرار فترة البناء وارتفاع كبير في أسعار منشآت «الذرة السلمية». أدت هذه التغييرات إلى تباطؤ تطور الصناعة العامة في الولايات المتحدة.

وفي نهاية القرن العشرين، كان لدى الولايات المتحدة 104 مفاعلات عاملة. واليوم، تحتل الولايات المتحدة المرتبة الأولى على وجه الأرض من حيث عدد المفاعلات النووية.

منذ بداية القرن الحادي والعشرين، تم إغلاق أربعة مفاعلات في أمريكا منذ عام 2013، وبدأ بناء أربعة مفاعلات أخرى.

في الواقع، يوجد اليوم في الولايات المتحدة 100 مفاعل يعمل في 62 محطة للطاقة النووية، والتي تنتج 20٪ من إجمالي الطاقة في الولاية.

تم تشغيل آخر مفاعل تم بناؤه في الولايات المتحدة في عام 1996 في محطة واتس بار للطاقة.

تبنت السلطات الأمريكية مبادئ توجيهية جديدة لسياسة الطاقة في عام 2001. وهي تشمل توجه تطوير الطاقة النووية، من خلال تطوير أنواع جديدة من المفاعلات، ذات عامل كفاءة أكثر ملاءمة، وخيارات جديدة لإعادة معالجة الوقود النووي المستهلك.

وتضمنت الخطط حتى عام 2020 بناء عشرات المفاعلات النووية الجديدة بقدرة إجمالية تبلغ 50 ألف ميجاوات. بالإضافة إلى تحقيق زيادة في قدرة محطات الطاقة النووية القائمة بحوالي 10.000 ميجاوات.

الولايات المتحدة هي الرائدة في عدد محطات الطاقة النووية في العالم

بفضل تنفيذ هذا البرنامج، بدأ بناء أربعة مفاعلات جديدة في أمريكا في عام 2013 - اثنان منها في محطة فوجتل للطاقة النووية، والاثنان الآخران في VC Summer.

وهذه المفاعلات الأربعة هي من النوع الأحدث – AP-1000، الذي تصنعه شركة وستنجهاوس.

لفهم مبدأ التشغيل وتصميم المفاعل النووي، عليك القيام برحلة قصيرة إلى الماضي. المفاعل النووي هو حلم الإنسانية منذ قرون، وإن لم يتحقق بالكامل، حول مصدر لا ينضب للطاقة. "سلفها" القديم عبارة عن نار مصنوعة من أغصان جافة كانت تضيء وتدفئ أقبية الكهف حيث وجد أسلافنا البعيدين الخلاص من البرد. في وقت لاحق، أتقن الناس الهيدروكربونات - الفحم والصخر الزيتي والنفط والغاز الطبيعي.

بدأ عصر البخار المضطرب ولكن قصير الأمد، والذي تم استبداله بعصر أكثر روعة من الكهرباء. امتلأت المدن بالنور، وامتلأت ورش العمل بأزيز الآلات غير المرئية حتى الآن والتي تعمل بمحركات كهربائية. ثم بدا أن التقدم قد وصل إلى ذروته.

تغير كل شيء في نهاية القرن التاسع عشر، عندما اكتشف الكيميائي الفرنسي أنطوان هنري بيكريل بالصدفة أن أملاح اليورانيوم مشعة. وبعد عامين، حصل مواطنوه بيير كوري وزوجته ماريا سكلودوفسكا كوري منهم على الراديوم والبولونيوم، وكان مستوى نشاطهم الإشعاعي أعلى بملايين المرات من الثوريوم واليورانيوم.

تم التقاط العصا من قبل إرنست رذرفورد، الذي درس بالتفصيل طبيعة الأشعة المشعة. وهكذا بدأ عصر الذرة التي ولدت طفلها المحبوب - المفاعل الذري.

أول مفاعل نووي

"البكر" يأتي من الولايات المتحدة الأمريكية. في ديسمبر 1942، تم إنشاء التيار الأول بواسطة المفاعل، الذي سمي على اسم منشئه، أحد أعظم علماء الفيزياء في القرن إي. فيرمي. وبعد ثلاث سنوات، ظهرت منشأة ZEEP النووية إلى الحياة في كندا. وذهبت "البرونزية" إلى أول مفاعل سوفيتي من طراز F-1، تم إطلاقه في نهاية عام 1946. أصبح آي في كورشاتوف رئيسًا للمشروع النووي المحلي. واليوم، تعمل أكثر من 400 وحدة للطاقة النووية بنجاح في العالم.

أنواع المفاعلات النووية

والغرض الرئيسي منها هو دعم التفاعل النووي الخاضع للرقابة الذي ينتج الكهرباء. تنتج بعض المفاعلات النظائر. باختصار، هي أجهزة تتحول في أعماقها بعض المواد إلى مواد أخرى مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية. هذا نوع من "الفرن" حيث يتم حرق نظائر اليورانيوم - U-235 و U-238 والبلوتونيوم (Pu) بدلاً من الوقود التقليدي.

على عكس السيارة المصممة لعدة أنواع من البنزين، على سبيل المثال، فإن كل نوع من الوقود المشع له نوع مفاعل خاص به. يوجد اثنان منهم - على النيوترونات البطيئة (مع U-235) والنيوترونات السريعة (مع U-238 و Pu). تحتوي معظم محطات الطاقة النووية على مفاعلات نيوترونية بطيئة. بالإضافة إلى محطات الطاقة النووية، فإن المنشآت "تعمل" في مراكز الأبحاث، وفي الغواصات النووية، وما إلى ذلك.

كيف يعمل المفاعل

جميع المفاعلات لها نفس الدائرة تقريبًا. "قلبها" هو المنطقة النشطة. يمكن مقارنتها تقريبًا بصندوق الاحتراق الخاص بالموقد التقليدي. فقط بدلاً من الحطب يوجد وقود نووي على شكل عناصر وقود ذات وسيط - قضبان الوقود. تقع المنطقة النشطة داخل نوع من الكبسولة - عاكس النيوترونات. يتم "غسل" قضبان الوقود بواسطة سائل التبريد - الماء. وبما أن "القلب" يتمتع بمستوى عالٍ جدًا من النشاط الإشعاعي، فهو محاط بحماية إشعاعية موثوقة.

يتحكم المشغلون في تشغيل المصنع باستخدام نظامين مهمين - التحكم في التفاعل المتسلسل ونظام التحكم عن بعد. في حالة حدوث حالة طوارئ، يتم تنشيط الحماية في حالات الطوارئ على الفور.

كيف يعمل المفاعل؟

"اللهب" الذري غير مرئي، لأن العمليات تحدث على مستوى الانشطار النووي. أثناء التفاعل المتسلسل، تتحلل النوى الثقيلة إلى شظايا أصغر، والتي، في حالة متحمس، تصبح مصادر للنيوترونات والجسيمات دون الذرية الأخرى. لكن العملية لا تنتهي عند هذا الحد. تستمر النيوترونات في "الانقسام"، ونتيجة لذلك يتم إطلاق كميات كبيرة من الطاقة، أي ما يحدث من أجل بناء محطات الطاقة النووية.

تتمثل المهمة الرئيسية للموظفين في الحفاظ على التفاعل المتسلسل بمساعدة قضبان التحكم عند مستوى ثابت وقابل للتعديل. وهذا هو الفرق الرئيسي بينه وبين القنبلة الذرية، حيث لا يمكن السيطرة على عملية التحلل النووي وتستمر بسرعة، في شكل انفجار قوي.

ما حدث في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية

كان أحد الأسباب الرئيسية للكارثة التي وقعت في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية في أبريل 1986 هو الانتهاك الجسيم لقواعد السلامة التشغيلية أثناء الصيانة الروتينية في وحدة الطاقة الرابعة. ثم تمت إزالة 203 قضبان من الجرافيت في وقت واحد من القلب بدلاً من 15 قضيبًا تسمح بها اللوائح. ونتيجة لذلك، بدأ التفاعل المتسلسل الذي لا يمكن السيطرة عليه، وانتهت بانفجار حراري وتدمير كامل لوحدة الطاقة.

مفاعلات الجيل الجديد

على مدى العقد الماضي، أصبحت روسيا واحدة من الدول الرائدة في مجال الطاقة النووية العالمية. في الوقت الحالي، تقوم شركة روساتوم الحكومية ببناء محطات للطاقة النووية في 12 دولة، حيث يتم بناء 34 وحدة طاقة. وهذا الطلب المرتفع دليل على المستوى العالي للتكنولوجيا النووية الروسية الحديثة. التالي في الخط هي مفاعلات الجيل الرابع الجديدة.

"بريست"

واحد منهم هو بريست، الذي يتم تطويره كجزء من مشروع الاختراق. إن أنظمة الدورة المفتوحة الحالية تعمل باليورانيوم المنخفض التخصيب، مما يترك كميات كبيرة من الوقود المستهلك ليتم التخلص منها بتكاليف هائلة. "بريست" - مفاعل نيوتروني سريع فريد من نوعه في دورته المغلقة.

في ذلك، يصبح الوقود المستهلك، بعد المعالجة المناسبة في مفاعل نيوتروني سريع، مرة أخرى وقودًا كاملاً يمكن تحميله مرة أخرى في نفس التثبيت.

تتميز بريست بمستوى عالٍ من الأمان. ولن "ينفجر" أبدًا حتى في أخطر حادث، فهو اقتصادي للغاية وصديق للبيئة، لأنه يعيد استخدام اليورانيوم "المتجدد". كما لا يمكن استخدامه لإنتاج البلوتونيوم الصالح للاستخدام في صنع الأسلحة، وهو ما يفتح آفاقاً أوسع لتصديره.

ففير-1200

VVER-1200 هو مفاعل مبتكر من الجيل 3+ بقدرة 1150 ميجاوات. بفضل قدراتها التقنية الفريدة، تتمتع بسلامة تشغيلية شبه مطلقة. وقد تم تجهيز المفاعل بوفرة بأنظمة السلامة السلبية التي ستعمل تلقائيًا حتى في حالة عدم وجود مصدر للطاقة.

أحدها هو نظام إزالة الحرارة السلبي، والذي يتم تنشيطه تلقائيًا عندما يتم إلغاء تنشيط المفاعل بالكامل. في هذه الحالة، يتم توفير خزانات هيدروليكية للطوارئ. إذا كان هناك انخفاض غير طبيعي في الضغط في الدائرة الأولية، يبدأ إمداد المفاعل بكمية كبيرة من الماء الذي يحتوي على البورون، مما يطفئ التفاعل النووي ويمتص النيوترونات.

توجد معرفة أخرى في الجزء السفلي من الغلاف الواقي - "فخ" الذوبان. إذا حدث "تسرب" أساسي نتيجة لحادث، فإن "المصيدة" لن تسمح لقذيفة الاحتواء بالانهيار وستمنع المنتجات المشعة من دخول الأرض.

محطة الطاقة النووية وهيكلها:

محطة الطاقة النووية (NPP)هي منشأة نووية هدفها توليد الطاقة الكهربائية.

– آلة لأداء الأحمال الزائدة وقود(آلة إعادة التحميل).

يتم التحكم في تشغيل هذه المعدات من قبل الأفراد - المشغلين الذين يستخدمون لوحة تحكم الكتلة لهذه الأغراض.

العنصر الرئيسي للمفاعل هو المنطقة الموجودة في العمود الخرساني. ويتضمن أيضًا نظامًا يوفر وظائف التحكم والحماية؛ بمساعدتها يمكنك تحديد الوضع الذي يجب أن يحدث فيه التفاعل المتسلسل الانشطاري. يوفر النظام أيضًا الحماية في حالات الطوارئ، مما يسمح لك بإيقاف رد الفعل بسرعة في حالة حدوث حالة طارئة.

في المبنى الثاني الطاقة النوويةتوجد قاعة للتوربينات توجد بها التوربينات ومولدات البخار. بالإضافة إلى ذلك، يوجد مبنى يتم فيه إعادة تحميل الوقود النووي وتخزين الوقود النووي المستهلك في حمامات مصممة خصيصًا.

في الإقليم محطة الطاقة النوويةتقع المكثفاتبالإضافة إلى أبراج التبريد وبركة التبريد وبركة الرش، وهي مكونات لنظام التبريد المعاد تدويره. أبراج التبريد هي أبراج مصنوعة من الخرسانة وتكون على شكل مخروطي مقطوع؛ يمكن أن يكون الخزان الطبيعي أو الاصطناعي بمثابة بركة. الطاقة النوويةمجهزة بخطوط كهرباء الجهد العالي الممتدة خارج حدود أراضيها.

بناء الأول في العالم محطة الطاقة النوويةبدأ في عام 1950 في روسيا واكتمل بعد أربع سنوات. تم اختيار منطقة قريبة من القرية للمشروع. أوبنينسكي (منطقة كالوغا).

ومع ذلك، تم توليد الكهرباء لأول مرة في الولايات المتحدة في عام 1951؛ وتم تسجيل أول حالة ناجحة للحصول عليه في ولاية أيداهو.

في مجال الإنتاج كهرباءوتأتي الولايات المتحدة في المقدمة، حيث يتم توليد أكثر من 788 مليار كيلووات/ساعة سنويًا. وتشمل قائمة القادة من حيث حجم الإنتاج أيضًا فرنسا واليابان وألمانيا وروسيا.

مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية:

يتم إنتاج الطاقة باستخدام مفاعل، حيث تحدث عملية الانشطار النووي. في هذه الحالة، تتفكك النواة الثقيلة إلى شظيتين، والتي تكون في حالة متحمسة للغاية، تنبعث منها النيوترونات (وجزيئات أخرى). وتسبب النيوترونات بدورها عمليات انشطار جديدة، مما يؤدي إلى انبعاث المزيد من النيوترونات. وتسمى عملية التحلل المستمر هذه بالتفاعل النووي المتسلسل، ومن سماته المميزة إطلاق كميات كبيرة من الطاقة. إنتاج هذه الطاقة هو الهدف من العمل محطة الطاقة النووية(الطاقة النووية).

تتضمن عملية الإنتاج المراحل التالية:

1. 1. تحويل الطاقة النووية إلى طاقة حرارية.
2. 2. تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.
3. 3. تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

في المرحلة الأولى في مفاعلجارٍ تحميل النواة وقود(اليورانيوم-235) لبدء تفاعل متسلسل متحكم فيه. ويطلق الوقود نيوترونات حرارية أو بطيئة، مما يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من الحرارة. لإزالة الحرارة من قلب المفاعل، يتم استخدام المبرد، الذي يتم تمريره عبر كامل حجم القلب. يمكن أن يكون في شكل سائل أو غازي. تعمل الطاقة الحرارية المولدة أيضًا على توليد البخار في مولد البخار (المبادل الحراري).

في المرحلة الثانية، يتم توفير البخار للمولد التوربيني. هنا يتم تحويل الطاقة الحرارية للبخار إلى طاقة ميكانيكية - الطاقة الدورانية للتوربين.

في المرحلة الثالثة، بمساعدة المولد، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية لدوران التوربين إلى طاقة كهربائية، والتي يتم إرسالها بعد ذلك إلى المستهلكين.

تصنيف محطات الطاقة النووية:

محطات الطاقة النوويةمصنفة حسب نوع المفاعلات العاملة فيها. هناك نوعان رئيسيان من محطات الطاقة النووية:

– مع المفاعلات التي تستخدم النيوترونات الحرارية (مفاعل الماء-الماء النووي، مفاعل الماء المغلي-الماء، مفاعل الماء الثقيل النووي، غاز الجرافيت) النوويةمفاعل، مفاعل نووي جرافيت-ماء ومفاعلات نيوترونية حرارية أخرى)؛

– مع المفاعلات التي تستخدم النيوترونات السريعة (مفاعلات النيوترونات السريعة).

وفقا لنوع الطاقة المولدة، يتم التمييز بين نوعين الذري محطات توليد الطاقة :

– الطاقة النوويةلإنتاج الكهرباء.

– ATPP – محطات الطاقة والحرارة النووية المجمعة، والغرض منها ليس فقط توليد الطاقة الكهربائية، ولكن أيضًا الطاقة الحرارية.

مفاعلات محطات الطاقة النووية أحادية ومزدوجة وثلاثية الدائرة:

مفاعل محطة الطاقة النوويةيمكن أن تكون دائرة واحدة أو اثنتين أو ثلاث دوائر، وهو ما ينعكس في مخطط تشغيل سائل التبريد - يمكن أن يكون لها، على التوالي، دائرة واحدة أو اثنتين أو ثلاث دوائر. في بلدنا، الأكثر شيوعًا هي المحطات المجهزة بمفاعلات طاقة الماء المضغوط ذات الدائرة المزدوجة (VVER). وفقًا لـ Rosstat، يوجد اليوم 4 شركات تعمل في روسيا الطاقة النوويةمع مفاعلات ذات دائرة واحدة، و5 مع مفاعلات ذات دائرتين وواحد بمفاعل ذو 3 دوائر.

محطات الطاقة النووية ذات المفاعل أحادي الحلقة:

محطات الطاقة النوويةهذا النوع - بمفاعل أحادي الدائرة ومجهز بمفاعلات من النوع RBMK-1000. يضم المبنى مفاعلًا وتوربينين تكثيف ومولدين. تسمح درجات حرارة التشغيل المرتفعة للمفاعل بأداء وظيفة مولد البخار في نفس الوقت، مما يجعل من الممكن استخدام دائرة أحادية الدائرة. ميزة هذا الأخير هي مبدأ تشغيل بسيط نسبيًا، ومع ذلك، نظرًا لميزاته، من الصعب جدًا توفير الحماية ضد إشعاع. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عند استخدام هذا المخطط، تتعرض جميع عناصر الوحدة للإشعاع المشع.

محطات الطاقة النووية ذات المفاعل المزدوج الدائرة:

يتم استخدام دائرة الدائرة المزدوجة الطاقة النوويةبمفاعلات تنتمي إلى النوع VVER. مبدأ تشغيل هذه المحطات هو كما يلي: يتم إمداد قلب المفاعل بسائل التبريد وهو الماء تحت الضغط. يتم تسخينه، وبعد ذلك يدخل إلى المبادل الحراري (مولد البخار)، حيث يقوم بتسخين مياه الدائرة الثانوية حتى الغليان. ينبعث الإشعاع فقط من الدائرة الأولى، والثانية ليس لها خصائص مشعة. يشتمل هيكل الوحدة على مولد، بالإضافة إلى واحد أو اثنين من توربينات التكثيف (في الحالة الأولى، الطاقة توربيناتهو 1000 ميجاوات، في الثانية - 2 × 500 ميجاوات).

التطور المتقدم في مجال المفاعلات ذات الدائرة المزدوجة هو نموذج VVER-1200 الذي اقترحته شركة Rosenergoatom. تم تطويره على أساس تعديلات مفاعل VVER-1000، والتي تم تصنيعها بناء على طلبيات من الخارج في التسعينيات. وفي السنوات الأولى من الألفية الحالية. يعمل النموذج الجديد على تحسين جميع معايير سابقه ويوفر أنظمة أمان إضافية لتقليل خطر تسرب الإشعاع الإشعاعي من الحجرة المغلقة للمفاعل. يتمتع التطوير الجديد بعدد من المزايا - قوته أعلى بنسبة 20% مقارنة بالطراز السابق، وتصل القدرة الاستيعابية إلى 90%، ويمكنه العمل لمدة عام ونصف دون تحميل زائد وقود(الفترات المعتادة هي سنة واحدة)، ومدة تشغيلها هي 60 سنة.

محطات الطاقة النووية ذات مفاعل ثلاثي الدوائر:

يتم استخدام الدائرة ثلاثية الدوائر محطات الطاقة النوويةمع مفاعلات من نوع BN (الصوديوم السريع). يعتمد تشغيل هذه المفاعلات على النيوترونات السريعة، ويستخدم الصوديوم السائل المشع كمبرد. ولتجنب تلامسه مع الماء، يوفر تصميم المفاعل دائرة إضافية تستخدم الصوديوم بدون خصائص إشعاعية؛ يوفر هذا نوع دائرة ثلاثي الحلقات.

قدم المفاعل الحديث ثلاثي الدوائر BN-800، الذي تم تطويره في الثمانينيات والتسعينيات من القرن الماضي، لروسيا مكانة رائدة في مجال إنتاج المفاعلات السريعة. الميزة الرئيسية لها هي الحماية من التأثيرات القادمة من الداخل أو الخارج. يقلل هذا النموذج من خطر وقوع حادث يذوب فيه قلب الوقود وينطلق البلوتونيوم أثناء إعادة معالجة الوقود النووي المشعع.

يمكن للمفاعل المعني استخدام أنواع مختلفة من الوقود - التقليدي مع أكسيد اليورانيوم أو وقود MOX المعتمد على اليورانيوم و

كيف تعمل محطة الطاقة الكهرومائية، على سبيل المثال؟ كل شيء بسيط هنا. تم بناء السد وإنشاء خزان كبير، وتقوم تدفقات المياه تحت الضغط بتدوير عمود المولد الذي يولد الكهرباء. كيف يتم بناء محطات طاقة الرياح؟ كل شيء أبسط بكثير هنا! تقوم الرياح بتدوير الشفرات الكبيرة التي تقوم بتدوير عمود المولد، مما يؤدي إلى إنتاج الكهرباء. ما هو مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية؟ اتضح أن معظم الناس لا يفهمون على الإطلاق كيفية الحصول على الكهرباء باستخدام المفاعلات النووية. بالنسبة للكثيرين، يبدو الأمر وكأنه نوع من السحر، شيء من هذا القبيل يحدث في مفاعل نووي، حيث يتم إنتاج التيار الكهربائي.

أعتقد أن هذا غير عادل؛ يجب أن يعرف الناس كيف تعمل محطات الطاقة النووية، لأن كل شيء أبسط وأوضح بكثير مما قد يبدو. سأخبرك عن مبادئ تشغيل الطاقة النووية باستخدام مثال Novovoronezh NPP.

لذا، من الخارج، تبدو محطة الطاقة النووية مثل العديد من المؤسسات الصناعية ذات المباني التقنية والصنابير والأنابيب. والفرق الملحوظ هو أبراج التبريد الكبيرة التي تنتج سحبًا كبيرة من البخار. على الرغم من وجود أبراج تبريد في محطات الطاقة الحرارية العادية، إلا أنه لا يمكن التعرف على محطات الطاقة النووية بسهولة.

دعنا ننتقل إلى الجزء الأكثر شهرة في محطة الطاقة النووية من الأفلام والصور الفوتوغرافية - لوحة التحكم.
هذه هي لوحة التحكم لوحدة الطاقة الرابعة لمحطة نوفوفورونيج للطاقة النووية، والتي تم إطلاقها في عام 1972. ويستخدم مفاعل VVER-440 بقدرة 400 ميجاوات.

تعد Novovoronezh NPP واحدة من أولى محطات الطاقة النووية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وأول محطة للطاقة النووية في العالم مزودة بمفاعل للطاقة المائية المضغوطة. تزود محطة الطاقة النووية حوالي 20 مؤسسة وأكثر من مليوني ساكن في منطقة الأرض السوداء المركزية، كما تزود منطقة فورونيج بنسبة 85٪ من الكهرباء.

إن "الشيء المستدير المرصع بالماس" المعروف هو مقطع عرضي من قلب المفاعل. تظهر قضبان التحكم باللون الأحمر، وتظهر مجموعات الوقود باللون الأبيض. باختصار وبشكل تقريبي، المفاعل النووي عبارة عن أسطوانة رأسية كبيرة، يوجد بداخلها قضبان الوقود النووي وقضبان التحكم.

تم بناء وحدتي الطاقة 3 و4 في أوائل السبعينيات وكان من المفترض أن يتم الانتهاء منهما في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ولكن تم تمديد فترة خدمتهما لاحقًا. منذ العام الماضي، تم تنفيذ التحديث النشط.

في المجموع، في تاريخ محطة نوفوفورونيج كان هناك 6 وحدات طاقة، تم إطلاق أولها في عام 1964، والسادسة في عام 2016. وحدة الطاقة السابعة قيد الإنشاء حاليًا، وقد تم بالفعل إخراج الوحدتين الأولى والثانية من الخدمة.

الجزء العلوي من المفاعل، يشبه الغطاء جرسًا كبيرًا، وتقع القضبان نفسها في عمق الأسفل. هذه هي حجرة المفاعل لوحدتي الطاقة الثالثة والرابعة، ولا يوجد سطح مراقبة مماثل إلا في محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية. نعم، هذا هو بالضبط ما يبدو عليه المفاعل النووي من الخارج.
يوجد خلف الغطاء قليلاً جهاز لتغيير القضبان، والذي يتحرك من الأعلى عند فتح الغطاء ويقوم بالعمل في الداخل.

لوحة تحكم كتلة لوحدة الطاقة الخامسة، بنيت عام 1980. ويستخدم مفاعل VVER-1000 بقدرة 1000 ميجاوات.

وكان من المفترض أن يتم إيقاف تشغيل وحدة الطاقة في عام 2010، ولكن تم تمديد الموعد النهائي لاحقًا.
منذ عام 1995، تقوم شركة Novovoronezh NPP بتحديث وحدات الطاقة لجعلها متوافقة مع معايير السلامة الحديثة.

نظرًا لأن وحدة الطاقة ولوحة التحكم أحدثان، فإن المقطع العرضي لنواة المفاعل لا يُعرض أيضًا في شكل تناظري، ولكن على شاشة الكمبيوتر في الوقت الفعلي. يمكنك مراقبة درجة الحرارة والعديد من المعلمات الأخرى.

الزر الأكثر أهمية الذي يقوم بإيقاف تشغيل المفاعل بالكامل في حالة حدوث حالات الطوارئ الأكثر خطورة. نتمنى لموظفي محطة الطاقة النووية ألا تقع مثل هذه الحوادث أبدًا، وأن يظل هذا الزر مغلقًا دائمًا.

يوجد في العديد من الأماكن وغرف المحطة أجهزة خاصة لقياس مستويات الإشعاع - عدادات جيجر أو مقاييس الجرعات.

تبدو وحدة الطاقة الخامسة في Novovoronezh NPP من الخارج وكأنها أسطوانة. يوجد داخل المبنى غير العادي المفاعل النووي نفسه، محاطًا بقشرة أسطوانية واقية خاصة مصنوعة من الخرسانة المسلحة. وبعد الإصلاحات والتحديث، تم إعادة تشغيله في عام 2011، بقدرة 1000 ميجاوات.

والآن السؤال الرئيسي: لماذا نحتاج إلى مفاعل أصلاً، وكيف تأتي الكهرباء من كل هذا؟
في الواقع، كل شيء يتبين أنه ليس "سحريًا" كما نود على الأرجح. المفاعل النووي هو في الواقع غلاية كبيرة تقوم بتسخين الماء.

بعد التسخين، يتم إرسال الماء إلى دائرة مغلقة أخرى مع الماء، والذي يتحول بالفعل إلى بخار. يقوم هذا البخار بتدوير توربينة كبيرة تعمل على تشغيل مولد ينتج الكهرباء.

بشكل عام، كل شيء بسيط: يتم تسخين المفاعل، ويقوم الماء/البخار بتشغيل المولد، ويتم إنتاج الكهرباء.
غرفة الآلة لوحدة الطاقة الخامسة.

ويجب إرسال الماء الساخن إلى مكان أبعد وتبريده؛ ولهذا الغرض، تم اختراع أبراج تبريد كاملة - أبراج تبريد. يتم ضخ الماء إلى أعلى بواسطة مضخة ثم يسقط إلى الأسفل، وينقسم إلى قطرات صغيرة في الرشاش. يتم توفير تدفق الهواء من الأسفل، والذي يبخر بعض الماء، وبعضها يبرد ببساطة ويسقط.
هذه هي أبراج التبريد لوحدتي الطاقة الثالثة والرابعة بارتفاع 95 مترًا.

تم تصميم مجموعة المفاتيح الكهربائية الكاملة لاستقبال وتوزيع ونقل الكهرباء. تحدث تقريبا، محول كبير. توجد خطوط كهرباء داخل أنابيب خاصة، كل شيء موثوق وآمن.
هذه هي مجموعة المفاتيح الكهربائية لوحدة الطاقة السادسة في Novovoronezh NPP.

لوحة التحكم المركزية لوحدة الطاقة السادسة والتي تعد حاليًا أقوى محطة للطاقة النووية في روسيا - 1200 ميجاوات. تم تصميمه باستخدام تقنيات السلامة التي أصبحت ذات صلة بعد حادث فوكوشيما. نوع المفاعل النووي VVER-1200.

وحدة الطاقة السادسة من الشارع لا تبدو جهنمية مثل الأسطوانة الخامسة، لكن يمكنك التعرف عليها من خلال الجزء العلوي بالأنابيب. وفي أغسطس 2016، تم ربط وحدة الطاقة بالشبكة وتزويد شبكة الكهرباء بأول 240 ميجاوات. في الوقت الحالي، هذه هي وحدة الطاقة الأكثر تقنية في روسيا، والتي تلبي أحدث متطلبات الموثوقية والسلامة.

برك الرش من الكتلة السادسة، اللازمة لتبريد أنظمة استهلاك المفاعل. يظهر في الخلفية مبنى وحدة الطاقة السادسة، وبرج التبريد لوحدة الطاقة السادسة والسابعة قيد الإنشاء، وموقع البناء نفسه.

ستكون وحدة الطاقة السابعة توأمًا للوحدة السادسة، ومن المقرر الانتهاء من البناء في عام 2018. ستكون وحدة الطاقة مقاومة للزلازل والأعاصير والفيضانات والانفجارات وحتى حوادث الطائرات. نوع المفاعل VVER-1200.

قاعة التوربينات لوحدة الطاقة السادسة.

يبلغ عمر الخدمة للمعدات الرئيسية للوحدة الآن 60 عامًا وليس 30 عامًا كما كان الحال مع وحدات الطاقة القديمة.

أبراج التبريد لوحدتي الطاقة السادسة والسابعة أكبر بكثير وأطول من الوحدات القديمة، ويبلغ ارتفاعها 171 مترًا.

الآن، بدلا من برجين تبريد لكل وحدة طاقة، يتم استخدام واحد، ولكن بحجم أكبر. وهذا جعل من الممكن تقليص مساحة محطة الطاقة النووية نفسها، مما قلل من تكاليف المواد والأموال.

غرفة التحكم بوحدة الطاقة السادسة. ومن المقرر أن تدخل وحدة الطاقة التشغيل التجاري الكامل في نهاية عام 2016 بعد إجراء الاختبارات المختلفة.

شكرا جزيلا لك شخصيا

مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية ومحطات الطاقة التي تحرق الوقود التقليدي (الفحم والغاز وزيت الوقود والجفت) هو نفسه: بسبب الحرارة المتولدة، يتم تحويل الماء إلى بخار، والذي يتم توفيره تحت الضغط إلى التوربينات و يدور عليه. يقوم التوربين بدوره بنقل الدوران إلى مولد تيار كهربائي، والذي يحول الطاقة الدورانية الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، أي يولد التيار. وفي حالة محطات الطاقة الحرارية، يحدث تحويل الماء إلى بخار بسبب طاقة احتراق الفحم والغاز وغيرها، وفي حالة محطات الطاقة النووية - بسبب طاقة انشطار نواة اليورانيوم 235.

لتحويل طاقة الانشطار النووي إلى طاقة بخار الماء، يتم استخدام أنواع مختلفة من المنشآت، والتي تسمى مفاعلات الطاقة النووية (المنشآت).يستخدم اليورانيوم عادة في شكل ثاني أكسيد - U0 2.

يتم وضع أكسيد اليورانيوم كجزء من الهياكل الخاصة في وسيط - وهي مادة عند التفاعل معها تفقد النيوترونات الطاقة بسرعة (تتباطأ). لهذه الأغراض يتم استخدامه الماء أو الجرافيت -وبناء على ذلك، تسمى المفاعلات الماء أو الجرافيت.

لنقل الطاقة (وبعبارة أخرى، الحرارة) من القلب إلى التوربين، يتم استخدام المبرد - الماء، المعدن السائل(مثل الصوديوم) أو غاز(على سبيل المثال، الهواء أو الهيليوم). يقوم المبرد بغسل الجزء الخارجي من الهياكل المغلقة الساخنة، والتي يحدث داخلها تفاعل انشطاري. ونتيجة لذلك، يتم تسخين المبرد، ويتحرك عبر أنابيب خاصة، وينقل الطاقة (في شكل حرارة خاصة به). يتم استخدام المبرد الساخن لإنتاج البخار الذي يتم توفيره للتوربين عند ضغط مرتفع.

الشكل.ز.1.رسم تخطيطي لمحطة الطاقة النووية: 1 – مفاعل نووي، 2 – مضخة دوران، 3 – مبادل حراري، 4 – توربين، 5 – مولد تيار كهربائي

وفي حالة المبرد الغازي، تغيب هذه المرحلة، ويتم إمداد الغاز الساخن مباشرة إلى التوربين.

في صناعة الطاقة النووية الروسية (السوفيتية)، انتشر نوعان من المفاعلات على نطاق واسع: ما يسمى بمفاعل قناة الطاقة العالية (RBMK) ومفاعل طاقة الماء والماء (WWER). باستخدام RBKM كمثال، دعونا نلقي نظرة على مبدأ تشغيل محطة الطاقة النووية بمزيد من التفصيل.

آر بي إم كيه

RBMK هو مصدر للكهرباء بقدرة 1000 ميجاوات وهو ما يعكس الرقم القياسي آر بي إم كيه-1000.يتم وضع المفاعل في عمود خرساني مسلح على هيكل داعم خاص. ومن حوله، فوق وتحت هناك الحماية البيولوجية(الحماية من الإشعاعات المؤينة). امتلأ قلب المفاعل البناء الجرافيت(أي كتل جرافيت مقاس 25x25x50 سم مطوية بطريقة معينة) ذات شكل أسطواني. يتم عمل ثقوب رأسية على طول الارتفاع بالكامل (الشكل G.2.). أنها تحتوي على أنابيب معدنية تسمى القنوات(ومن هنا جاء اسم "القناة"). يتم تركيب الهياكل التي تحتوي على الوقود (TVEL - عنصر الوقود) أو قضبان التحكم في المفاعل في القنوات. يتم استدعاء الأوائل قنوات الوقود،ثانية - قنوات التحكم والحماية.كل قناة عبارة عن هيكل مستقل مغلق، ويتم التحكم في المفاعل عن طريق غمر قضبان ممتصة للنيوترونات في القناة (تُستخدم مواد مثل الكادميوم والبورون واليوروبيوم لهذا الغرض). كلما دخل هذا القضيب بشكل أعمق إلى المنطقة النشطة، زاد امتصاص النيوترونات، وبالتالي يقل عدد النوى الانشطارية وينخفض ​​إطلاق الطاقة. يتم استدعاء مجموعة الآليات المقابلة نظام التحكم والحماية (CPS).

الشكل.ز.2.مخطط RBMK.

يتم توفير المياه لكل قناة وقود من الأسفل، والتي يتم توفيرها للمفاعل بواسطة مضخة قوية خاصة - تسمى مضخة الدوران الرئيسية (MCP).عند غسل مجموعة الوقود، يغلي الماء، ويتشكل خليط بخار وماء عند مخرج القناة. هي تدخل فاصل الأسطوانة (BS)- جهاز يسمح لك بفصل (فصل) البخار الجاف عن الماء. يتم إرجاع الماء المفصول مرة أخرى إلى المفاعل عن طريق مضخة التدوير الرئيسية، وبالتالي إغلاق دائرة "المفاعل - الأسطوانة - الفاصل - GNC" - مفاعل". تسمى دائرة الدوران القسري المتعددة (MCPC).هناك نوعان من هذه الدوائر في RBMK.

تبلغ كمية أكسيد اليورانيوم اللازمة لتشغيل RBMK حوالي 200 طن (يطلق استخدامها نفس الطاقة التي يطلقها حرق حوالي 5 ملايين طن من الفحم). الوقود "يعمل" في المفاعل لمدة 3-5 سنوات.

المبرد موجود دائرة مغلقة،معزولة عن البيئة الخارجية، باستثناء أي تلوث إشعاعي كبير. وهذا ما تؤكده دراسات الوضع الإشعاعي حول محطات الطاقة النووية، سواء من قبل خدمات المحطات نفسها أو من قبل السلطات التنظيمية ونشطاء البيئة والمنظمات الدولية.

تأتي مياه التبريد من خزان قريب من المحطة. في هذه الحالة، تكون درجة حرارة الماء الخارج طبيعية، وتكون درجة حرارة الماء الداخل إلى الخزان أعلى بحوالي 10 درجات مئوية. هناك لوائح صارمة لدرجة حرارة التدفئة، والتي تم تشديدها بشكل أكبر لتأخذ في الاعتبار النظم البيئية المحلية، ولكن ما يسمى "التلوث الحراري" للمسطحات المائية ربما يكون الضرر البيئي الأكثر أهمية من محطات الطاقة النووية. وهذا العيب ليس أساسيا ولا يمكن التغلب عليه. لتجنب ذلك، جنبا إلى جنب مع برك التبريد (أو بدلا منها)، أبراج التبريدوهي عبارة عن هياكل ضخمة على شكل أنابيب مخروطية ذات قطر كبير. يتم توفير مياه التبريد، بعد تسخينها في المكثف، إلى العديد من الأنابيب الموجودة داخل برج التبريد. تحتوي هذه الأنابيب على فتحات صغيرة يتدفق من خلالها الماء، مما يؤدي إلى إنشاء "دش عملاق" داخل برج التبريد. يتم تبريد المياه المتساقطة بواسطة الهواء الجوي وتجميعها تحت برج التبريد في حوض، ومن هناك يتم أخذها لتبريد المكثف. تتشكل سحابة بيضاء فوق برج التبريد نتيجة تبخر الماء.

الانبعاثات المشعة من محطات الطاقة النووية 1-2 أوامرأقل من القيم القصوى المسموح بها (أي الآمنة المقبولة)، وتركيز النويدات المشعة في المناطق التي توجد بها محطات الطاقة النووية أقل بملايين المرات من الحد الأقصى للتركيز المسموح به وأقل بعشرات الآلاف من المرات من المستوى الطبيعي للنشاط الإشعاعي.

النويدات المشعة التي تدخل نظام التشغيل أثناء تشغيل محطة الطاقة النووية هي في الأساس منتجات انشطارية. الجزء الرئيسي منها هو الغازات المشعة الخاملة (IRG)، والتي لها فترات قصيرة نصف الحياةوبالتالي ليس لها تأثير ملحوظ على البيئة (فهي تتفكك قبل أن يتوفر لها الوقت للتأثير). بالإضافة إلى منتجات الانشطار، تتكون بعض الانبعاثات من منتجات التنشيط (النويدات المشعة التي تتكون من ذرات مستقرة تحت تأثير النيوترونات). كبيرة من وجهة نظر تأثير الإشعاع النويدات المشعة طويلة العمر(DZN، النويدات المشعة الرئيسية المكونة للجرعة - السيزيوم 137، السترونتيوم 90، الكروم 51، المنغنيز 54، الكوبالت 60) و النظائر المشعة لليود(معظمها اليود -131). وفي الوقت نفسه، فإن حصتها في انبعاثات محطات الطاقة النووية ضئيلة للغاية وتبلغ أجزاء من الألف من المائة.

وفي نهاية عام 1999، لم تتجاوز انبعاثات النويدات المشعة في محطات الطاقة النووية من الغازات المشعة الخاملة 2.8% من القيم المسموح بها لمفاعلات اليورانيوم والجرافيت و0.3% لمفاعلات VVER وBN. بالنسبة للنويدات المشعة طويلة العمر، لم تتجاوز الانبعاثات 1.5% من الانبعاثات المسموح بها لمفاعلات اليورانيوم-الجرافيت و0.3% لمفاعلات VVER وBN، ولليود-131، 1.6% و0.4% على التوالي.

الحجة المهمة لصالح الطاقة النووية هي تماسك الوقود. التقديرات التقريبية هي كما يلي: من 1 كجم من الحطب، يمكنك إنتاج 1 كيلووات ساعة من الكهرباء، من 1 كجم من الفحم - 3 كيلووات ساعة، من 1 كجم من النفط - 4 كيلووات ساعة، من 1 كجم من الوقود النووي (اليورانيوم منخفض التخصيب) -300,000 كيلوواط-ساعة.

أ وحدة الطاقة الضعيفةتستهلك قدرة 1 جيجاوات ما يقرب من 30 طنًا من اليورانيوم منخفض التخصيب سنويًا (أي ما يقرب من سيارة واحدة في السنة).لضمان سنة من التشغيل بنفس القوة محطة لتوليد الطاقه من الفحمهناك حاجة إلى حوالي 3 ملايين طن من الفحم (أي حوالي خمسة قطارات يوميا).

إطلاقات النويدات المشعة طويلة العمر محطات توليد الطاقة بالفحم أو النفط فيفي المتوسط، 20-50 (ووفقًا لبعض التقديرات 100) أعلى من محطة للطاقة النووية بنفس الطاقة.

يحتوي الفحم وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى على البوتاسيوم-40، واليورانيوم-238، والثوريوم-232، ويتراوح النشاط النوعي لكل منها من عدة وحدات إلى عدة مئات من بيكريل/كجم (وبالتالي، عناصر من سلسلتها المشعة مثل الراديوم-226). والراديوم -228 والرصاص 210 والبولونيوم 210 والرادون 222 والنويدات المشعة الأخرى). معزولة عن المحيط الحيوي في سمك صخرة الأرض، فعندما يتم حرق الفحم والنفط والغاز، يتم إطلاقها وإطلاقها في الغلاف الجوي. علاوة على ذلك، فهذه هي أخطر نويدات ألفا النشطة من حيث الإشعاع الداخلي. وعلى الرغم من أن النشاط الإشعاعي الطبيعي للفحم عادة ما يكون منخفضا نسبيا، كميةيعد حرق الوقود لكل وحدة من الطاقة المنتجة أمرًا هائلاً.

نتيجة للجرعة الإشعاعية التي يتعرض لها السكان الذين يعيشون بالقرب من محطة توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم (حيث تصل درجة تنقية انبعاث الدخان إلى مستوى 98-99%) أكثرمن الجرعة الإشعاعية للسكان بالقرب من محطة الطاقة النووية 3-5 مرات.

بالإضافة إلى الانبعاثات في الغلاف الجوي، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أنه في الأماكن التي تتركز فيها النفايات الناتجة عن محطات الفحم، هناك زيادة كبيرة في الإشعاع الخلفي، مما قد يؤدي إلى جرعات تتجاوز الحد الأقصى المسموح به. ويتركز جزء من النشاط الطبيعي للفحم في الرماد الذي يتراكم بكميات هائلة في محطات توليد الطاقة. وفي الوقت نفسه، لوحظت مستويات تزيد عن 400 بيكريل/كجم في عينات الرماد المأخوذة من رواسب كانسكو-آشينسكوي. يتجاوز النشاط الإشعاعي للرماد المتطاير من فحم دونباس 1000 بيكريل/كجم. وهذه النفايات ليست معزولة بأي حال من الأحوال عن البيئة. يؤدي إنتاج جيجاوات ساعة من الكهرباء من احتراق الفحم إلى إطلاق مئات الجيجابايت من النشاط (معظمها ألفا) في البيئة.

بدأت مفاهيم مثل "جودة إشعاع النفط والغاز" في جذب اهتمام جدي مؤخرًا نسبيًا، في حين أن محتوى النويدات المشعة الطبيعية فيها (الراديوم والثوريوم وغيرها) يمكن أن يصل إلى قيم كبيرة. على سبيل المثال، يتراوح النشاط الحجمي للرادون 222 في الغاز الطبيعي من 300 إلى 20 ألف بيكريل/م 3 بقيم قصوى تصل إلى 30 ألف إلى 50 ألفًا، وتنتج روسيا ما يقرب من 600 مليار متر مكعب من هذا النوع سنويًا.

تجدر الإشارة إلى أن الانبعاثات المشعة الصادرة عن محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية لا تؤدي إلى عواقب ملحوظة على الصحة العامة. وحتى بالنسبة لمحطات الفحم، يعد هذا عاملاً بيئيًا من الدرجة الثالثة، وهو أقل أهمية بكثير من العوامل الأخرى: الانبعاثات الكيميائية والهباء الجوي، والنفايات، وما إلى ذلك.

الملحق ح