Это магия! – Нет, это физика! С Днём энергетика!
Упрощенная цепочка. Можете написать в комментариях, какие звенья пути здесь на представлены :) С праздником всех причастных!
Упрощенная цепочка. Можете написать в комментариях, какие звенья пути здесь на представлены :) С праздником всех причастных!
Привет 👋 Сегодня расскажу о том, что такое ядерная энергия, как её получают и что для этого нужно ☢️
Первый ключ к пониманию
Эйнштейн в 1905 году вывел одну из самых известных формул в мире E = mc², где E — энергия, m — масса, а с — скорость света в вакууме. Зная эту формулу, можно сделать два важных вывода. Во-первых, энергия может быть преобразована в массу и наоборот. Во-вторых, при скорости частицы близкой к скорости света энергия, в которую масса будет преобразована, будет колоссальной. Это наш первый ключ💡 к пониманию ядерной энергии
Откуда берётся энергия?
Известно, что масса ядра любого атома в состоянии покоя (без движения) всегда меньше, чем масса составляющих его протонов и нейтронов, взятых отдельно. Это явление называется дефект массы. Как же так получается? У протонов и нейтронов есть масса, но объединяясь в ядро, они начинают взаимодействовать друг с другом и часть их массы превращается в энергию связи между ними. Во время распада энергия превращается обратно в массу, но не вся — часть высвобождается. Мы стали ещё ближе к ядерной энергии😉
Реакция распада
Масса ядра атома зависит от того, сколько протонов и нейтронов внутри. Между ними действует ядерная сила — фундаментальная и самая мощная из известных сил, целью которой является поддержание целостности ядра — его стабильности. Но у ядерной силы есть главный противник — Кулоновская сила отталкивания, которая действует между протонами. В таблице Менделеева элементы представлены в порядке увеличения массы ядра. Чем больше масса ядра, тем больше ядерных сил нужно, чтобы удержать его от распада. Поэтому тяжёлые элементы нестабильны и стремятся к распаду на более лёгкие и стабильные, выделяя при этом излучение. Их как раз и называют радиоактивными, а сам процесс — реакция распада💥
Изотопы
Распад дело такое — кому-то нужно доли секунды, а кому-то септилионы (10²⁴) лет. Причем при распаде разных элементов выделяется разное количество энергии, соответственно одни элементы расщеплять эффективнее, чем другие. Это работает даже в пределах одного элемента. Практически у каждого элемента есть несколько альтер-эго — они называются изотопы. У них одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов, поэтому им присуща разная стабильность, разные свойства и самое главное — разное количество высвобождаемой энергии при делении. Например, уран является одним из самых популярных компонентов для ядерного топлива в мире, но в природе он на 99% состоит из изотопа урана 238, который при распаде выделяет не так много энергии, как хотелось бы. Что же делать?🤔 Есть пара вариантов...
Ядерное топливо
Чтобы стать ядерным топливом, элемент должен отвечать, как минимум, двум критериям: высвобождать колоссальное количество энергии при распаде и, самое главное, выделять нейтрон. Нейтроны, вылетая с огромной скоростью, будут врезаться в соседние атомы, вызывая их распад, с последующим выделением энергии и появлением других нейтронов. Это называется цепная реакция, и именно этот принцип лежит в основе ядерной энергетики⚛️
Добыча ядерного топлива
Чтобы получить из урана ядерное топливо, у нас есть два пути. Первый вариант — обогатить урановую руду, состоящую из урана 235 и урана 238, с помощью специальных центрифуг, где в процессе вращения более тяжелый уран 238 сместится к краю. Это даст возможность убрать какое-то его количество из породы, тем самым повысив концентрацию урана 235. Сырье для ядерного топлива готово✔️ При последующем попадании в него нейтроном, содержащиеся в нём изотопы урана 235 будут превращаться в уран 236, который и даст необходимую энергию при распаде.
Ещё один способ получить ядерное топливо — это превратить исходный уран 238 в изотоп урана 239, который затем при распаде будет давать плутоний 239 — ещё один элемент, соответствующий всем критериям ядерного топлива.
Теперь ты стал ближе к понимаю ядерной энергии, так что можно и поумничать 🧐 В следующий раз расскажу про ещё один тип ядерной реакции — термоядерную. Энергия от неё достигает Земли в виде фотонов и превращается в тепло, которое мы ощущаем☀️Следи за обновлениями в моём канале. Буду рад твоей подписке!
Во времена холодной войны едва ли не главным потенциалом развития технологий считалась ядерная энергия. Поэтому нет ничего удивительного, что история двадцатого века знает немало эпизодов разработок различных видов техники, которые проводила бы в движение работа атомного реактора. В Советском Союзе, среди всего прочего, есть один малоизвестный, но весьма любопытный проект.
Речь идёт о создании...атомного тепловоза.
Справедливости ради следует отметить, что в отличие от полностью засекреченных проектов создания ядерных бомбардировщиков идея появления локомотива на атомной тяге широко тиражировался в СМИ. Вот только ни одна из подобных задумок не была воплощена в жизнь хотя бы на уровне опытного образца - все они остались лишь на бумаге.
Часто проекты атомовозов предполагали заменить электрические аналоги в условиях Севера, Дальнего Востока и пустынь Центральной Азии. Однако гораздо больший интерес вызывают разработки по созданию мегапоездов. Эти проекты всегда были масштабнее и пафосные, так как предполагали наличие мощного атомного локомотива и огромных вагонов.
Такие составы должны были ставиться на сверхширокую колею: по информации Novate.ru, их ширина превышала общесоветский стандарт примерно в 3 раза. Кроме того, мегапоезда совмещали бы в себе и товарные вагоны, и пассажирские. Причем последние проектировались двухэтажными.
Когда речь заходит о технической составляющей подобных проектов, возникает вопрос: как же именно может поезд работать на атомном реакторе? В реальности механизм создания тяги предполагался следующий: приводом для колес использовались электродвигатели, а те в свою очередь приводились в движение от атомной электростанции, построенной по классической схеме и встроенной в локомотив.
Таким образом, тепло, выделяющееся вследствие ухода ядерной реакции, передается теплоносителю, который греет воду в парогенераторе. Именно этот пар движется по трубам к турбине, а она вращает вал электрогенератора.
Конечно, история показала, что от большинства амбициозных проектов, связанных с использованием ядерных реакторов, пришлось отказаться. Сильнее всего этому поспособствовала авария на Чернобыльской атомной электростанции. Однако в последние годы с увеличением качества защитных механизмов для АЭС наблюдается тенденция роста интереса к созданию проектов с применением ядерной реакции. И, возможно, однажды мы увидим, как мегапоезда с картинок советских газет сойдут со страниц в реальную жизнь.
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
К июлю 2024 года «Росатом» должен запустить первый энергоблок АЭС «Руппур» в Бангладеш. Однако, как сообщают местные СМИ, энергосистема страны не готова принять электроэнергию со станции, так как модернизация сетей идет туго и на нее может уйти еще несколько лет.
«До сроков запуска первого энергоблока мощностью 1200 МВт АЭС „Руппур“ осталось всего 10 месяцев, однако чиновники из энергосектора бьют в набат о серьезных задержках в осуществлении проектов, связанных с инфраструктурой по передаче электроэнергии с новой АЭС», — сообщает The Business Standard.
Источники в Комиссии по атомной энергетике Бангладеш (BAEC) и Операторе энергосистемы Бангладеш (PGCB) рассказали о том, что строительство АЭС укладывается в сроки, а вот все остальные сопутствующие проекты могут задержать поставки электроэнергии на год-полтора.
Министр науки и технологий Йефеш Осман признавал, что с поставками электроэнергии с АЭС есть неопределенность, так как в ведомстве не знают, будет ли готова инфраструктура к приему электроэнергии.
«Мы столкнулись с тремя основными вызовами в нашей подготовке энергосистемы к запуску АЭС «Руппур», — сказал высокопоставленный источник PGCB. Среди них он назвал строительство переходов через реки (7 и 9 километров), подстанций и стабилизацию частоты в сетях.
Издание приводит пример, что одна из фирм выиграла контракт на установку магистральных линий электропередач, которая займет два года, однако работы по-прежнему находятся на первоначальной стадии.
«Главный вызов — это поддержание частоты в энергосистеме, так как будет постоянный спрос со стороны АЭС на передачу и поставки электроэнергии», — сказал представитель PGCB. Он добавил, что из-за важности проекта бангладешская сторона наняла консультанта из России, но он исчез после того, как началась СВО на Украине. Теперь высокопоставленная делегация планирует визит в Россию, чтобы найти решение, сказал собеседник издания.
Директор Ростовской АЭС Андрей Александрович Сальников отвечает на вопросы во время пресс-конференции 18 ноября 2022 года.
Ростовская атомная электростанция — единственная из недостроенных (в конце 1980-х/начале 1990-х гг.) советских АЭС, чьё строительство было завершено: с 2001 по 2018 год введены в эксплуатацию все четыре энергоблока.
0:00 - Ростовская АЭС в 2022 году.
3:34 - Готова ли Ростовская АЭС увеличить количество вырабатываемой электроэнергии?
5:54 - Коснулась ли мобилизация кадрового состава Ростовской АЭС?
7:34 - Ремонтные мероприятия на Ростовской АЭС в 2022/2023 годах?
10:54 - Есть ли необходимость строительства новых энергоблоков?
13:53 - Насколько Ростовская АЭС зависит от импортных комплектующих, ПО, сырья и насколько удалось в 2022 году эту зависимость преодолеть?
19:10 - О ветеранах журналистики.
21:10 - Может ли электроэнергия стать дешевле для жителей Юга России?
25:25 - Нет ли данных о количестве перепродавцов электроэнергии?
26:13 - Сколько миллиардов квт-часов выработала в 2022 году Ростовская АЭС и каков план по выработке?
28:26 - О безопасности Ростовской АЭС, отказах и остановках ядерного реактора в 2022 году.
31:29 - Помощь советских и российских специалистов АЭС другим странам в области атомной энергетики. Помощь в строительстве АЭС другим странам.
39:55 - Выпускники каких ВУЗов составляют кадры для Ростовской АЭС? Где учиться желающим работать в атомной отрасли?
43:17 - Усилены ли меры безопасности вокруг Ростовской АЭС?
43:50 - Оценка текущей ситуации на Запорожской АЭС.
47:30 - Может ли Ростовская АЭС считаться одним из основных работодателей Волгодонска и каков средний уровень зарплат на Ростовской АЭС?
51:14 - Об опасности боевых действий для Запорожской АЭС с технической точки зрения.
53:34 - О состоянии дорог в Волгодонске.
57:07 - Когда в городском транспорте появятся компактные ядерные двигатели?
58:41 - Об энергетической поддержке территорий присутствия.
Разбавим немного пятничные посты познавальщиной. Я постараюсь рассказать на пальцах то, о чем вы возможно не знали. Может быть мне удастся заинтересовать кого-то темой мирного атома, потому что это не только Чернобыль, но и целый список взаимосвязанных сфер и научных дисциплин.
Краткий перечень непонятных слов
CANDU – Canada Deuterium Uranium (reactor) - канадский дейтериевый реактор
PWR – Pressurized Water Reactor -реактор с водой под давлением. Зарубежный аналог ВВЭР
Обогащение – доля определенного изотопа в составе топлива, большая в сравнении с природным составом.
Тяжелая вода (D2O) – вода, в которой атомы водорода представлены тяжелым нерадиоактивным изотопом - дейтерием. Дейтерий содержит в ядре один протон и один нейтрон.
Введение
Вы знали, что Канада является имеет свою уникальную конструкцию реактора - CANDU? Более того, для генерации энергии Канада использует только этот тип реакторов и никакой другой. Он, на первый взгляд, даже кажется чем-то абсурдным, если сравнить его с российским ВВЭР. Реактор горизонтальный, парогенератор вертикальный, дополнительного обогащения топлива нет, и каналы почти как у РБМК. Всё с ног на голову, наоборот и противоестественно, но это работает, и конкретно в момент написания статьи 57.13% электроэнергии в провинции Онтарио генерируется на АЭС (9.55 ГВт из 13 ГВт доступных). Как же так вышло?
Канадцы очень прожорливы до электричества, и оно у них очень дешевое
Ядерный реактор с тяжеловодным замедлителем и тяжеловодным теплоносителем является базовым реактором в структуре атомной энергетики Канады. Выбор реактора CANDU, как основы развития ядерной энергетики в Канаде, был мотивирован наличием в стране больших природных запасов урана и большими ресурсами электроэнергии гидроэлектростанций, которую можно было использовать для получения тяжелой воды. Экономика современных ядерных реакторов CANDU строится на базе открытого топливного цикла с природным ураном, при котором ядерное топливо только один раз проходит через реактор, а затем складируется. Открытый топливный цикл на природном уране обладает определенными преимуществами, так как он исключает достаточно дорогие процессы обогащения и переработки ядерного топлива, отработавшего в активной зоне реактора. При экономической оценке такого топливного цикла стоимость плутония, содержащегося в отработавшем ядерном топливе, не учитывается. Однако в случае, если это топливо будет перерабатываться, плутоний будет представлять определенную ценность.
Экономика тяжеловодных ядерных реакторов определяется в основном соотношением двух противоположных факторов: высокой стоимости системы (конструкции), из-за относительно высокой стоимости замедлителя, и низкой стоимости топливного цикла, благодаря высокоэффективному использованию ядерного топлива. Хотя капитальная стоимость тяжеловодной системы CANDU высокая, но потребность в природном уране для этих реакторов примерно в 2 раза меньше, чем ядерных реакторов одинаковой мощности на легкой воде (PWR, BWR). Это позволяет считать, что реакторы CANDU будут иметь преимущество в случае увеличения мировой потребности в уране из-за низкой топливной составляющей приведенных затрат.
Как всё начиналось
Началось всё в 1949 году, когда канадцы решили использовать энергию деления ядра для производства электричества. Разработка проекта и постройка первой АЭС заняла 13 лет, как итог в 1962 году первый реактор типа CANDU увидел свет. Это был NPD (Nuclear Power Demonstration), установка, которая выдавала в сеть 20 МВт электроэнергии. Отличительными особенностями данного реактора были расположение топлива в горизонтальных каналах и тяжелая вода в качестве замедлителя и теплоносителя. У обоих этих нюансов есть вполне естественные причины:
1) Горизонтальные каналы можно перегружать с двух сторон, в отличии от реакторов других типов, которые перегружать можно только сверху из-за вертикального расположения
2) Тяжелая вода является наилучшим замедлителем и позволяет использовать природный уран без обогащения, с исходным содержанием изотопа U-235 в 0.71% (для сравнения ВВЭР использует около 4%)
В 1967 году свет увидел энергоблок мощностью 200 МВт, а в 1971-1973 гг. на станции Пикеринг заработали 4 энергоблока по 500 МВт каждый. Канада вступила в эпоху реакторов большой мощности весьма успешно, и с тех пор построила свои реакторы в Аргентине, Китае, Румынии и Южной Корее. Дальше Канада не продвинулась из-за того, что не смогла провести грамотную маркетинговую кампанию на международной арене.
Очень подробное эволюционное древо реакторов типа CANDU
Тяжелая вода
В современных реакторах в качестве основного ядерного топлива применяется U-235, который делится преимущественно медленными нейтронами, то есть такими, которые замедлены до тепловых энергий (нейтроны двигаются со скоростями сопоставимыми со скоростями движения молекул газов). В мире используются только 3 относительно доступных вещества в качестве замедлителя – графит (реакторы РБМК и газоохлаждаемые в Великобритании, например), легкая вода (пример PWR, ВВЭР, BWR) и тяжелая вода (пример CANDU). Легкая вода является самой доступной из этой троицы, но и замедляет она хуже всех, следовательно для того, чтобы нейтроны чаще попадали в атомы, способные к делению, требуется относительно высокое обогащение топлива, в 3-4%. Графит на втором месте – замедляет лучше, но стоит уже подороже, поэтому топливо для графитовых реакторов имеет более низкое обогащение, около 2-3%. D2O – самый эффективный замедлитель и позволяет использовать уран с естественным обогащением в 0.7 %.
Чем больше число справа – тем замедлитель нейтронов лучше. Эта величина называется замедляющей способностью.
Простым языком можно сказать так: молекулы тяжелой воды нейтроны почти не поглощают из-за того, что уже перегружены лишними нейтронами, поэтому тяжелая вода только замедляет их и не препятствует цепной реакции. Доля замедленных нейтронов, достигших топлива, намного выше, по сравнению с ВВЭР и РБМК, поэтому достаточно естественного обогащения топлива, но цена замедлителя очень высока. Эта особенность канадских реакторов позволяет использовать отработавшее топливо PWR реакторов, где доля урана-235 существенно снижена по сравнению со свежим топливом, и составляет порядка 1%. К тому же, в составе такого отработанного топлива находится около 1.2% плутония-239, тоже пригодного для “сжигания” в CANDU.- Низкое поглощение нейтронов тяжеловодным замедлителем обеспечивает высокую эффективность использования урана-235: на единицу массы урана-235 в тяжеловодном реакторе выделяется в 2 раза больше энергии, чем в реакторе с замедлителем из обычной воды, при этом 50% этого энерговыделения связано с делением плутония-239, образуемого в реакторе из урана-238. Выгружаемое отработавшее ядерное топливо тяжеловодных реакторов содержит в 2 раза больше плутония-239, чем выгружаемое отработавшее ядерное топливо реакторов с замедлителем из обычной воды. Эффективный баланс нейтронов позволяет также рассматривать тяжеловодный реактор в качестве кандидата для конверсии тория-232 в уран-233 в ториевом топливном цикле.
Вжух – и CANDU к топливу неприхотлив
Технические особенности кратко и простым языком
Канальная структура реактора позволяет ему не иметь корпуса, но работать при высоком давлении. Давление воды в канале 11 МПа, или примерно 110 атмосфер, что помогает создать оптимальные условия для теплообмена при относительно низкой энергонапряжённости. Каналы находятся в «баке», который называется каландрия, она заполнена тяжелой водой и удерживает каналы, если очень грубо проводить аналогию с РБМК, то это аналог кожуха. Давление тяжелой воды в кожухе ниже чем в каналах, вода в каландрии непрерывно циркулирует, но в производстве электроэнергии не участвует.
При этом необходимо обеспечить соотношение объема топлива к объёму замедлителя примерно 1/20, это делает реактор огромным по сравнению с водо-водяными реакторами.
Размер активной зоны CANDU огромен по сравнению с PWR при одинаковой мощности
Регулирующие и защитные стержни расположены вертикально, в случае возникновения аварийной ситуации работают независимо и могут быть сброшены под действием гравитационных сил.
Преимущество горизонтальной конструкции реактора ещё и в том, что перегрузку можно осуществлять с двух концов активной зоны, и ТВС (тепловыделяющие сборки, упаковки герметичных трубочек, содержащих ядерное топливо) представляют из себя не длинные стержни, как у вертикальных реакторов, а короткие пакеты, загружаемые друг за другом паровозиком.
Такие бочонки в качестве ТВС используют разные CANDU
CANDU выглядит непривычно, будто кто-то взял РБМК, ВВЭР и начал экспериментировать наугад с их скрещиванием.
В целях безопасности, реакторы CANDU являются двухконтурными, как ВВЭР или PWR, поскольку тяжеловодный пар может оказаться значительно более радиоактивным, чем пар на легкой воде, в которой содержание радиоактивного трития значительно ниже после пребывания в реакторе.
Упрощенная тепловая схема. Тепло (heat) полученное в результате деления (fission) снимается в реакторе (nuclear reactor) и поступает в парогенератор (steam generator), где вода второго контура превращается в пар и поступает в паровую турбину (steam turbine), которая вращает электрогенератор
Конструкционные особенности реактора позволяют канадцам не строить новые атомные станции, поскольку основные элементы атомного реактора можно заменить по цене примерно в половину себестоимости нового реактора (по словам инженеров занимающихся CANDU), поэтому Канаде не потребуется закрывать атомные станции после окончания срока эксплуатации. В то же время, реакторы других типов после окончания срока службы требуют закрытия и постепенного демонтажа оборудования.
Особенностью реактора является положительный температурный паровой коэффициент реактивности, то есть чем больше пара появляется в каналах – тем сильнее разгоняется реактор. Данный момент контролируется автоматикой, CANDU изначально задумывался как реактор с системой автоматизированного управления. (В McMaster даже есть курс на тему автоматизации реактора).
Итог
Канада построила собственный тип реакторов, используя максимально рационально географическое расположение, доступность ресурсов, техническую базу и нейтралитет. Уникальное сочетание этих факторов в своё время позволило этой стране разработать свой уникальный тип энергетических реакторов и активно их применять. Ключевыми особенностями такого пути являются дешевизна топлива для АЭС, отсутствие необходимости в закрытии атомных станций и уникальный путь. слабый маркетинг и политическая обстановка в мире в XX-м веке не позволили CANDU получить широкое распространение, но у него ещё есть шанс стать главной печкой для дожигания отработавшего топлива с PWR.