15

План

Вступ.........................................................................................................................3

1. Особливості атомної енергетики.......................................................................4

2. Атомна енергетика України, проблеми і перспективи розвитку....................6

3. Принцип побудови атомної енергетики..........................................................10

3.1 Елементи ядерної фізики................................................................................10

3.1.1 Будова атомів, ядер......................................................................................10

3.1.2 Ядерні реакції................................................................................................10

3.1.3 Ділення ядер при процесі.............................................................................11

3.1.4 Ядерний реактор...........................................................................................12

4. Класифікація ядерних реакторів......................................................................14

4.1. Реактори з водою під тиском.........................................................................14

4.2 Киплячі реактори.............................................................................................15

4.3 Уран-графітові реактори.................................................................................16

Список використаної літератури..........................................................................17

Вступ

Досвід минулого свідчить, що проходить не менше 80 років, перш ніж одні основні джерела енергії замінюються іншими - дерево замінило вугілля, вугілля - нафта, нафта - газ, хімічні види палива замінила атомна енергетика. Історія оволодіння атомною енергією - від перших досвідчених експериментів - нараховує близько 60 років, коли в 1939г. була відкрита реакція ділення урану.

У 30-і роки нашого століття відомий учений І.В. Курчатов обґрунтовував необхідність розвитку науково-практичних робіт у області атомної техніки на користь народного господарства країни. У 1946 р. в СРСР був споруджений і запущений перший на Європейсько-азіатському континенті ядерний реактор. Створюється уранодобувна промисловість. Організоване виробництво ядерного горючого урану-235 і плутонію-239, налагоджений випуск радіоактивних ізотопів. У 1954 р. почала працювати перша в світі атомна станція в р. Обнінське, а через 3 роки на океанські простори вийшло перше в світі атомне судно криголам "Ленін". Починаючи з 1970 р. в багатьох країнах світу здійснюються масштабні програми розвитку ядерної енергетики. В даний час сотні ядерних реакторів працюють по всьому світу.

1. Особливості атомної енергетики

Енергія - це основа основ. Всі блага цивілізації, всі матеріальні сфери діяльності людини - від прання білизни до дослідження Місяця і Марса - вимагають витрати енергії. І дедалі більше. На сьогоднішній день енергія атома широко використовується в багатьох галузях економіки. Будуються могутні підводні човни і надводні кораблі з ядерними енергетичними установками. За допомогою мирного атома здійснюється пошук корисної копалини. Масове застосування в біології, сільському господарстві, медицині, в освоєнні космосу знайшли радіоактивні ізотопи. У Україні є 5 атомних електростанцій (АЕС). Позитивне значення атомних електростанцій в енергобалансі очевидне. Гідроенергетика для своєї роботи вимагає створення крупних водосховищ, під якими затоплюються великі площі родючих земель по берегах річок. Вода в них застоюється і втрачає свою якість, що в свою чергу загострює проблеми водопостачання, рибного господарства і індустрії дозвілля. Теплоенергетичні станції найбільшою мірою сприяють руйнуванню біосфери і природного середовища Землі.

Вони вже винищили багато десятків тонн органічного палива. Для його здобичі з сільського господарства і інших сфер вилучаються величезні земельні площі. У місцях відкритого видобутку вугілля утворюються "місячні ландшафти". А підвищений вміст золи в паливі є основною причиною викиду в повітря десятків мільйонів тонн . Всі теплові енергетичні установки миру викидають в атмосферу за рік до 250 млн. т золи і близько 60 млн. т сірчистого ангідриду. Атомні електростанції третій "кит" в системі сучасної світової енергетики. Техніка АЕС, безперечно, є крупним досягненням НТП. У разі безаварійної роботи атомні електростанції не виробляють практично ніякого забруднення навколишнього середовища, окрім теплового. Правда в результаті роботи АЕС (і підприємств атомного паливного циклу) утворюються радіоактивні відходи, що представляють потенційну небезпеку. Проте об'єм радіоактивних відходів дуже малий, вони вельми компактні, і їх можна зберігати в умовах, що гарантують відсутність витоку назовні. АЕС економічніша за звичні теплові станції, а, найголовніше, при правильній їх експлуатації це чисті джерела енергії. Разом з тим, розвиваючи ядерну енергетику на користь економіки, не можна забувати про безпеку і здоров'я людей, оскільки помилки можуть привести до катастрофічних наслідків. Всього з моменту початку експлуатації атомних станцій в 14 країнах світу відбулося більше 150 інцидентів і аварій різного ступеня складності. Найхарактерніші з них: у 1957 р. в Уїндськейле (Англія), в 1959 р. в Санта-Сюзані (США), в 1961 р. в Айдахо-Фолсе (США), в 1979 р. на АЕС Трі-Майл-Айленд (США), в 1986 р. на Чорнобильській АЕС (СРСР).

2. Атомна енергетика України, проблеми і перспективи розвитку

У склад енергетичний галузі України входить 5 атомних електростанцій (АЕС) встановленою потужністю більше 20 млн. КВт

Запорізька АЕС

Рівненська АЕС

Чорнобильська АЕС

Хмельницька АЕС

Південно-українська АЕС

Важлива проблема сучасного індустріального суспільства - забезпечення збереження природи, чистоти води, повітряного басейну. Учені стурбовані з приводу "парникового ефекту", що виникає через викиди вуглекислого газу при спалюванні органічного палива, і відповідного глобального потеплення клімату на нашій планеті. Та і проблеми загазованості повітряного басейну, "кислих" дощів, отруєння річок наблизилися в багатьох районах до критичної межі.

Атомна енергетика не споживає кисню і має нікчемну кількість викидів при нормальній експлуатації. Якщо атомна енергетика замінить звичну енергетику, то можливості виникнення "парника" з важкими екологічними наслідками глобального потеплення будуть усунені.

Надзвичайно важливою обставиною є той факт, що атомна енергетика довела свою економічну ефективність практично у всіх районах земної кулі. Крім того, навіть при великому масштабі енерговиробництва на АС атомна енергетика не створить особливих транспортних проблем, оскільки вимагає нікчемних транспортних витрат, що звільняє суспільства від тягаря постійних перевезень величезних кількостей органічного палива.

Атомна енергетика виконує важливу роль в сучасному енерговиробництві - частка енерговироблення на АС в світі досягає 16 %. - кінцю 1989 року в світі діяло 426 реакторів. Проте розвиток атомної енергетики останніми роками істотно сповільнився. Частково це уповільнення темпів зростання пов'язане із загальною тенденцією до стабілізації енергопотреб, з успіхами енергозберігаючих технологій. Але головною причиною з'явилися що широко розповсюдилися переконання в "шкідливості" атомної енергетики, сумніву в можливостях досягнення прийнятного рівня безпеки АС на базі сучасної технології.

Великий вплив на відношення широкої публіки до атомної енергетики робили аварії на атомних електростанціях, особливо аварія на АЕС "Тримильний острів" /США/, що відбулася 28 березня 1979 року, і аварія на 4-ом блоці Чорнобильської АЕС, що трапилася 26 квітня 1986 року. Під впливом цих аварій у ряді країн піднялася широка хвиля суспільного опору використовуванню атомних електростанцій, порушувана страхами про небезпеки дії атомної радіації на навколишнє середовище і населення. Ці аварії породили сумніви в зрілості концепцій безпеки, закладених в основи проектів атомних електростанцій, достатності заходів безпеки, що вживаються.

Після цих подій різко зросла інтенсивність наукових досліджень у області забезпечення безпеки об'єктів атомної енергетики. Проте велике число досліджень проблем безпеки АС, хоча і виявили недоліки, упущення і навіть помилки в заходах забезпечення безпеки АС, лише підтвердили упевненість фахівців у тому, що розумно високий ступінь безпеки АС може бути досягнута на основі сучасних знань і технологій. З другого боку, уроки аварій вказали на необхідність перегляду концепції забезпечення безпеки, зажадали підвищення властивостей самозахищеності реакторів, забезпечення вищого рівня безпеки за рахунок використовування пасивних засобів захисту.

Потреба в різних видах енергії і палива росте високими темпами при обмеженому використовуванні таких видів енергетичних ресурсів, як нафта, природний газ, ядерне паливо і вугілля. Розміщення підприємств важкої індустрії, де витрати на паливо складають значну частину собівартості готової продукції, знаходяться під великим впливом паливного чинника. На територіальну організацію продуктивних сил і на розвиток всього народного господарства великий вплив надає електроенергетика, яка є складовою частиною паливно-енергетичного комплексу України.

Електроенергетичний комплекс України - це основа функціонування і розвитку національної економіки, забезпечення цивілізованих умов життя суспільства, тому його технічний, технологічний і інтелектуальний потенціал знаходиться на достатньо високому рівні. Будівництво могутніх ліній електропередач дає можливість освоєння паливних ресурсів незалежно від віддалення районів споживання. Розвиток електричного транспорту розширює територіальні межі промисловості. Необхідна кількість електроенергії притягає до себе підприємства і виробництва, в яких частина паливно-енергетичних витрат значно більше в собівартості готової продукції, ніж в інших галузях промисловості. Енергетика має велике районообразотворче значення. У ряді районів України (Донеччина, Придніпров'я) вона визначає виробничу спеціалізацію, є основою формування територіально-виробничого комплексу.

У розвитку і розміщенні електроенергетики в Україні визначаючими є наступні принципи:

- концентрація виробництва електроенергії унаслідок будівництва великих районних електростанцій, які використовують дешеве паливо і гідроенергоресурси;

- комбінування виробництва енергії і тепла з метою теплозабезпечення міст і індустріальних центрів;

- широке освоєння гідроенергоресурсів з урахуванням комплексного рішення задач електроенергетики, транспорту, водопостачання;

- опереджаючий розвиток атомної енергетики, особливо в районах з напруженим паливно-енергетичним балансом.

Розміщення електроенергетики залежить від наступних чинників:

- наявності паливно-енергетичних ресурсів;

- споживачів електроенергії.

В даний час майже 1/3 електроенергії виробляється в районах її споживання і 2/3 споживається в районах її виробництва. Географію електростанцій може різко змінити технічний прогрес.

Всі електростанції України діляться на 4 види:

- теплові електростанції, які працюють на твердому, рідкісному і газоподібному паливі. Серед них розрізняють конденсаційні і теплоелектроцентралі;

- гідравличні, які використовують відповідно гідроресурси і діляться на гідроелектростанції, гидростімуляційні і припливні;

- атомні, які у вигляді палива використовують уран, що збагатить, або інші радіоактивні елементи;

- електростанції, які використовують нетрадиційні джерела енергії. Серед них перспективними є вітрові і сонячні.

Поширеними в Україні є теплові електростанції. вони виробляють майже 2/3 всієї електроенергій. Перевагою ТЕС є відносно вільне їх розміщення.

Переваги ГЕС у тому, що вони виробляю енергія, яка в 5-6 разів дешевша, ніж ДРЕС, коефіцієнт корисної дії енергії - 80%, але їх розміщення повністю залежить від природних умов і має сезонний характер.

Атомні електростанції по характеру використовуваного палива не пов'язані з його родовищем, і це забезпечує широкий спектр їх розміщення.

До складу енергетичної області України входять:

- 8 гідроелектростанцій (ГЕС) потужністю 4.7млн.Квт.;

- 44 теплових електростанції (ТЭC) потужністю 36.5 млн..КВт.

- системоутворююча і розподіляюча лінії понад 1 млн.км.

- 5 діючих могутніх атомних електростанцій (АЕС)

На 5 атомних станціях України знаходиться 17 енергоблоків, в т.ч.:

- діючих - 14;

- знятих з експлуатації (№ 1,2 Чорнобильської АЕС) - 2;

- зруйнований запроектною аварією 4 блок ЧАЕС - 1.

3. Принцип побудови атомної енергетики

3.1 Елементи ядерної фізики

3.1.1 Будова атомів, ядер

Як відомо, все в світі складається з молекул, які є складними комплексами взаємодіючих атомів. Молекули - це якнайменші частки речовини, зберігаючи його властивості. До складу молекул входять атоми різних хімічних елементів.

Хімічні елементи складаються з атомів одного типу. Атом, найдрібніша частинка хімічного елементу, складається з "важкого" ядра і електронів, що обертаються навколо.

Ядра атомів утворені сукупністю позитивно заряджених протонів і нейтральних нейтронів. Ці частки, звані нуклонами, утримуються в ядрах коротко діючими силами тяжіння, виникаючими за рахунок обмінів мезонами, частинками меншої маси.

Ядро елементу X позначають як ^А_Z X або X-A, наприклад уран U-235 -²³⁵₉₂ U; де Z - заряд ядра, рівний числу протонів, визначаючий атомний номер ядра, А - масове число ядра, рівне сумарному числу протонів і нейтронів.

Ядра елементів з однаковим числом протонів, але різним числом нейтронів називаються ізотопами (наприклад, уран має два ізотопи U-235 і U-238); ядра при N=const, z=var - ізобарами.

3.1.2 Ядерні реакції

Ядра водню, протони, а також нейтрони, електрони (бета-частки) і одиночні ядра гелію (звані альфа-частками), можуть існувати автономно поза ядерними структурами.

Такі ядра або інакше елементарні частки, рухаючись в просторі і наближаючись до ядер на відстані порядку поперечних розмірів ядер, можуть взаємодіяти з ядрами, як говорять брати участь в реакції. При цьому частки можуть захоплюватися ядрами, або після зіткнення - міняти напрям руху, віддавати ядру частину кінетичної енергії. Такі акти взаємодії називаються ядерними реакціями. Реакція без проникнення всередину ядра називається пружним розсіянням.

Після захоплення частки складене ядро знаходиться у збудженому стані. "Звільнитися" від збудження ядро може декількома способами - випустити яку-небудь іншу частку і гамма-квант, або розділитися на дві нерівні частини. Відповідно кінцевим результатам розрізняють реакції - захоплення, непружного розсіяння, ділення, ядерного перетворення з випуском протона або альфа-частки.

Додаткова енергія, що звільняється при ядерних перетвореннях, часто має вид потоків гамма-квантів.

Вірогідність реакції характеризується величиною "поперечного перетину" реакції даного типу.

3.1.3 Ділення ядер при процесі

Ділення важких ядер відбувається при захопленні нейтронів. При цьому спускаються нові частки і звільняється енергія зв'язку ядра, передавана уламкам поділу. Це фундаментальне явище було відкрите в кінці 30-их років німецьким і ученими Ганом і Штрасманом, що заклало основу для практичного використовування ядерної енергії.

Ядра важких елементів - урану, плутонію і деяких інших інтенсивно поглинають теплові нейтрони. Після акту захоплення нейтрона, важке ядро з вірогідністю ~0,8 ділиться на дві нерівні по масі частини, звані осколками або продуктами ділення. При цьому випускаються - швидкі нейтроны/ (в середньому близько 2,5 нейтронів на кожен акт ділення), негативно заряджені бета-часток і нейтральні гамма-кванти, а енергія зв'язку частинок в ядрі перетвориться в кінетичну енергію уламків поділу, нейтронів і інших частинок. Ця енергія потім витрачається на теплове збудження складових речовина атомів і молекул, тобто на розігрівання навколишньої речовини.

Після акту ділення ядер народжені при розподілі осколки ядер, будучи нестабільними, зазнають ряд послідовних радіоактивних перетворень і з деяким запізнюванням випускають "запізнілі" нейтрони, велике число альфа, бета і гамма-частинок. З другого боку деякі осколки володіють здатністю інтенсивно поглинати нейтрони.

3.1.4 Ядерний реактор

Ядерний реактор - це технічна установка, в якій здійснюється ланцюгова реакція ділення важких ядер із звільненням ядерної енергії, що самопідтримується. Ядерний реактор складається з активної зони і відбивача, розміщених в захисному корпусі. Активна зона містить ядерне паливо у вигляді паливної композиції в захисному покритті і сповільнювачі. Паливні елементи звичайно мають вид тонких стрижнів. Вони зібрані в пучки і укладені в чохли. Такі збірні композиції називаються складками або касетами.

Уздовж паливних елементів рухається теплоносій, який сприймає тепло ядерних перетворень. Нагрітий в активній зоні теплоносій рухається по контуру циркуляції за рахунок роботи насосів або під дією сил Архімеда і, проходячи через теплообмінник, або парогенератор, віддає тепло теплоносію зовнішнього контура.

Перенесення тепла і рухи його носіїв можна представити у вигляді простої схеми:

Де:

1. Реактор

2. Теплообмінник, парогенератор

3. Паротурбінна установка

4. Генератор

5. Конденсатор

6. Насос

4. Класифікація ядерних реакторів

Ядерні реактори діляться на декілька груп:

залежно від середньої енергії спектру нейтронів - на швидкі, проміжні і теплові;

по конструктивних особливостях активної зони - на корпусні і канальні;

по типу теплоносія - водяні, важководні, натрієві;

по типу сповільнювача - на водяні, графітні, важководні і ін.

Для енергетичних цілей, для виробництва електроенергії застосовуються:

водоводні реактори з некиплячою або киплячою водою під тиском,

уран-графітові реактори з киплячою водою або охолоджувані вуглекислим газом,

важководні канальні реактори і др .

В майбутньому широко застосовуватимуться реактори на швидких нейтронах, охолоджувані рідкими металами (натрій і ін.); у яких принципово реалізовуваний режим відтворення палива, тобто створення кількості ізотопів плутонію Pu-239 перевищуючого, що діляться, кількість що витрачаються ізотопів урану U-235. Параметр, що характеризує відтворення палива називається плутонієвим коефіцієнтом. Він показує, скільки актів атомів Pu-239 створюється при реакціях захоплення нейтронів в U-238 на один атом U-235, захопившего нейтрон і що зазнав розподіл або радіаційне перетворення в U-235.

4.1 Реактори з водою під тиском

Реактори з водою під тиском займають видне місце в світовому парку енергетичних реакторів. Крім того, вони широко використовуються на флоті як джерела енергії як для надводних судів, так і для підводних човнів. Такі реактори відносно компактні, прості і надійні в експлуатації. Вода, що служить в таких реакторах теплоносієм і сповільнювачем нейтронів, відносно дешева, неагресивна і володіє хорошими нейтронно-фізичними властивостями.

Реактори з водою під тиском називаються інакше водоводяними або легко водними. Вони виконуються у вигляді циліндрової судини високого тиску з з'ємною кришкою. У цій судині (корпусі реактора) розміщується активна зона, складена з паливних складок (паливних касет) і рухомих елементів системи управління і захисту. Вода входить через патрубки в корпус, подається в простір під активною зоною, рухається вертикально вгору уздовж паливних елементів і відводиться через вихідні патрубки в контур циркуляції. Тепло ядерних реакцій передається в парогенераторах воді другого контура, нижчого тиску. Рух води по контуру забезпечується роботою циркуляційних насосів, або, як в реакторах для станцій теплопостачання, - за рахунок рушійного натиску природної циркуляції.

Типова теплова схема водоводяних енергетичних реакторів (ВВЕР), діючих з 1964 року в СРСР, показана на Рис.:

4.2 Киплячі реактори

Де:

1. Реактор

2. Парогенератор

3. Циркуляційний насос

4.3 Уран-графітові реактори

Список використаної літератури:

1. Рудик А. П. Физические основы ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1980.

2. Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М.: Атомиздат, 1971.

3. Нигматулин Н. Н., Нигматулин Б. Н., Ядерные энергетические установки. М.: Энергоатомиздат, 1986.

4. Емельянов И. Я. и др. Конструирование ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1982

5. Камерон И. Ядерные реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1987

6. Шихов С. Б., Троянский В. Б. Элементарная теория яднрных реакторов. М.: Атомиздат, 1978