NPP: αρχή λειτουργίας και συσκευή. Η ιστορία της δημιουργίας πυρηνικών σταθμών

2024 Συγγραφέας: Henry Conors | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-12 05:56

Στα μέσα του εικοστού αιώνα, τα καλύτερα μυαλά της ανθρωπότητας εργάστηκαν σκληρά σε δύο εργασίες ταυτόχρονα: στη δημιουργία μιας ατομικής βόμβας και επίσης στο πώς να χρησιμοποιήσουν την ενέργεια του ατόμου για ειρηνικούς σκοπούς. Κάπως έτσι εμφανίστηκαν οι πρώτοι πυρηνικοί σταθμοί στον κόσμο. Ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού; Και πού στον κόσμο βρίσκονται οι μεγαλύτεροι από αυτούς τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής;

Ιστορία και χαρακτηριστικά της πυρηνικής ενέργειας

"Η ενέργεια είναι η κεφαλή των πάντων" - έτσι μπορείτε να παραφράσετε μια γνωστή παροιμία, δεδομένων των αντικειμενικών πραγματικότητων του 21ου αιώνα. Με κάθε νέο γύρο τεχνολογικής προόδου, η ανθρωπότητα χρειάζεται μια αυξανόμενη ποσότητα από αυτήν. Σήμερα, η ενέργεια του «ειρηνικού ατόμου» χρησιμοποιείται ενεργά στην οικονομία και την παραγωγή, και όχι μόνο στον ενεργειακό τομέα.

Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τους λεγόμενους πυρηνικούς σταθμούς (οι οποίοι λειτουργούν με μια πολύ απλή αρχή) χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία, την εξερεύνηση του διαστήματος, την ιατρική και τη γεωργία.

Η πυρηνική ενέργεια είναι ένας κλάδος της βαριάς βιομηχανίας που εξάγει θερμότητα και ηλεκτρισμό από την κινητική ενέργεια του ατόμου.

Πότε εμφανίστηκαντους πρώτους πυρηνικούς σταθμούς; Σοβιετικοί επιστήμονες μελέτησαν την αρχή της λειτουργίας τέτοιων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής στη δεκαετία του '40. Παρεμπιπτόντως, παράλληλα επινόησαν και την πρώτη ατομική βόμβα. Έτσι, το άτομο ήταν και «ειρηνικό» και θανατηφόρο.

Το 1948, ο I. V. Kurchatov πρότεινε στη σοβιετική κυβέρνηση να αρχίσει να πραγματοποιεί απευθείας εργασίες για την εξόρυξη ατομικής ενέργειας. Δύο χρόνια αργότερα, στη Σοβιετική Ένωση (στην πόλη Obninsk, στην περιοχή Kaluga), ξεκίνησε η κατασκευή του πρώτου πυρηνικού σταθμού στον πλανήτη.

Η αρχή λειτουργίας όλων των πυρηνικών σταθμών είναι παρόμοια και δεν είναι καθόλου δύσκολο να την καταλάβεις. Αυτό θα συζητηθεί περαιτέρω.

NPP: αρχή λειτουργίας (φωτογραφία και περιγραφή)

Το έργο οποιουδήποτε πυρηνικού σταθμού βασίζεται σε μια ισχυρή αντίδραση που συμβαίνει κατά τη διάσπαση του πυρήνα ενός ατόμου. Τα άτομα ουρανίου-235 ή πλουτωνίου εμπλέκονται συχνότερα σε αυτή τη διαδικασία. Ο πυρήνας των ατόμων διαιρεί το νετρόνιο που εισέρχεται σε αυτά από έξω. Στην περίπτωση αυτή παράγονται νέα νετρόνια, καθώς και θραύσματα σχάσης, τα οποία έχουν τεράστια κινητική ενέργεια. Αυτή ακριβώς η ενέργεια είναι το κύριο και βασικό προϊόν οποιουδήποτε πυρηνικού σταθμού

Έτσι μπορείτε να περιγράψετε την αρχή λειτουργίας ενός αντιδραστήρα πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Στην επόμενη φωτογραφία μπορείτε να δείτε πώς φαίνεται από μέσα.

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων:

• αντιδραστήρας καναλιού υψηλής ισχύος (συντομογραφία RBMK);
• αντιδραστήρας νερού πίεσης (VVER);
• ταχύς αντιδραστήρας νετρονίων (FN).

Ξεχωριστά, αξίζει να περιγραφεί η αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών στο σύνολό της. Το πώς λειτουργεί θα συζητηθεί.στο επόμενο άρθρο.

Αρχή λειτουργίας NPP (διάγραμμα)

Ο πυρηνικός σταθμός λειτουργεί υπό ορισμένες συνθήκες και με αυστηρά καθορισμένους τρόπους λειτουργίας. Εκτός από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα (έναν ή περισσότερους), η δομή ενός πυρηνικού σταθμού περιλαμβάνει άλλα συστήματα, ειδικές εγκαταστάσεις και υψηλά καταρτισμένο προσωπικό. Ποια είναι η αρχή λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών; Μπορεί να περιγραφεί εν συντομία ως εξής.

Το κύριο στοιχείο κάθε πυρηνικού σταθμού είναι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας, στον οποίο λαμβάνουν χώρα όλες οι κύριες διεργασίες. Γράψαμε για το τι συμβαίνει στον αντιδραστήρα στην προηγούμενη ενότητα. Πυρηνικό καύσιμο (συνήθως πιο συχνά ουράνιο) με τη μορφή μικρών μαύρων σφαιριδίων τροφοδοτείται σε αυτό το τεράστιο καζάνι.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα μετατρέπεται σε θερμότητα και μεταφέρεται στο ψυκτικό υγρό (συνήθως νερό). Πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας το ψυκτικό υγρό δέχεται επίσης μια ορισμένη δόση ακτινοβολίας.

Περαιτέρω, η θερμότητα από το ψυκτικό μεταφέρεται στο συνηθισμένο νερό (μέσω ειδικών συσκευών - εναλλάκτες θερμότητας), το οποίο ως αποτέλεσμα βράζει. Οι υδρατμοί που προκύπτουν κινούν τον στρόβιλο. Μια γεννήτρια συνδέεται με την τελευταία, η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Έτσι, σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού, πρόκειται για τον ίδιο θερμοηλεκτρικό σταθμό. Η μόνη διαφορά είναι πώς παράγεται ο ατμός.

Γεωγραφία της πυρηνικής ενέργειας

Οι πέντε κορυφαίες χώρες στην παραγωγή πυρηνικής ενέργειας είναι οι εξής:

1. ΗΠΑ.
2. Γαλλία.
3. Ιαπωνία.
4. Ρωσία.
5. Νότια Κορέα.

Ταυτόχρονα, οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, που παράγουν περίπου 864 δισεκατομμύρια kWh ετησίως, παράγουν έως και το 20% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας.

Συνολικά, 31 κράτη στον κόσμο λειτουργούν πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Από όλες τις ηπείρους του πλανήτη, μόνο δύο (Ανταρκτική και Αυστραλία) είναι εντελώς απαλλαγμένες από πυρηνική ενέργεια.

Σήμερα, υπάρχουν 388 πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούν στον κόσμο. Είναι αλήθεια ότι 45 από αυτούς δεν παράγουν ηλεκτρική ενέργεια εδώ και ενάμιση χρόνο. Οι περισσότεροι από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες βρίσκονται στην Ιαπωνία και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Η πλήρης γεωγραφία τους παρουσιάζεται στον παρακάτω χάρτη. Οι χώρες που λειτουργούν πυρηνικούς αντιδραστήρες επισημαίνονται με πράσινο χρώμα, ενώ ο συνολικός αριθμός τους σε μια συγκεκριμένη κατάσταση αναφέρεται επίσης.

Ανάπτυξη πυρηνικής ενέργειας σε διάφορες χώρες

Γενικά, από το 2014, υπήρξε μια γενική πτώση στην ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας. Οι ηγέτες στην κατασκευή νέων πυρηνικών αντιδραστήρων είναι τρεις χώρες: η Ρωσία, η Ινδία και η Κίνα. Επιπλέον, μια σειρά από κράτη που δεν διαθέτουν πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σχεδιάζουν να τους κατασκευάσουν στο εγγύς μέλλον. Αυτές περιλαμβάνουν το Καζακστάν, τη Μογγολία, την Ινδονησία, τη Σαουδική Αραβία και ορισμένες χώρες της Βόρειας Αφρικής.

Από την άλλη πλευρά, ορισμένα κράτη έχουν ξεκινήσει μια σταδιακή μείωση του αριθμού των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Αυτές περιλαμβάνουν τη Γερμανία, το Βέλγιο και την Ελβετία. Και σε ορισμένες χώρες (Ιταλία, Αυστρία, Δανία, Ουρουγουάη) η πυρηνική ενέργεια απαγορεύεται σε νομοθετικό επίπεδο.

Κύρια προβλήματα της πυρηνικής ενέργειας

Υπάρχει ένα σημαντικό περιβαλλοντικό πρόβλημα που σχετίζεται με την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας. Πρόκειται για τη λεγόμενη θερμική ρύπανση του περιβάλλοντος. Έτσι, σύμφωνα με πολλούς ειδικούς, τα πυρηνικά εργοστάσια εκπέμπουν περισσότερη θερμότητα από τα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια ίδιας ισχύος. Ιδιαίτερα επικίνδυνη είναι η ρύπανση των ιαματικών υδάτων, η οποία διαταράσσει τις φυσικές συνθήκες ζωής των βιολογικών οργανισμών και οδηγεί στο θάνατο πολλών ειδών ψαριών.

Ένα άλλο φλέγον ζήτημα που σχετίζεται με την πυρηνική ενέργεια αφορά την πυρηνική ασφάλεια γενικά. Για πρώτη φορά, η ανθρωπότητα σκέφτηκε σοβαρά αυτό το πρόβλημα μετά την καταστροφή του Τσερνομπίλ το 1986. Η αρχή λειτουργίας του πυρηνικού σταθμού του Τσερνομπίλ δεν διέφερε πολύ από αυτή των άλλων πυρηνικών σταθμών. Ωστόσο, αυτό δεν την έσωσε από ένα μεγάλο και σοβαρό ατύχημα, το οποίο είχε πολύ σοβαρές συνέπειες για ολόκληρη την Ανατολική Ευρώπη.

Επιπλέον, ο κίνδυνος της πυρηνικής ενέργειας δεν περιορίζεται σε πιθανά ανθρωπογενή ατυχήματα. Έτσι, προκύπτουν μεγάλα προβλήματα με τη διάθεση των πυρηνικών αποβλήτων.

Πλεονεκτήματα της πυρηνικής ενέργειας

Παρόλα αυτά, οι υποστηρικτές της ανάπτυξης της πυρηνικής ενέργειας αναφέρουν επίσης τα σαφή πλεονεκτήματα των πυρηνικών σταθμών. Έτσι, συγκεκριμένα, η Παγκόσμια Πυρηνική Ένωση δημοσίευσε πρόσφατα την έκθεσή της με πολύ ενδιαφέροντα στοιχεία. Σύμφωνα με τον ίδιο, ο αριθμός των ανθρώπινων θυμάτων που συνοδεύουν την παραγωγή ενός γιγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας στους πυρηνικούς σταθμούς είναι 43 φορές μικρότερος από ό,τι στους παραδοσιακούς θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.

Υπάρχουν και άλλα εξίσου σημαντικά οφέλη. Δηλαδή:

• φθηνή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας;
• περιβαλλοντική καθαριότητα της πυρηνικής ενέργειας (με εξαίρεση τη ρύπανση των ιαματικών υδάτων),
• έλλειψη αυστηρής γεωγραφικής αναφοράς των πυρηνικών σταθμών σε μεγάλες πηγές καυσίμου.

Αντί για συμπέρασμα

Το 1950 κατασκευάστηκε ο πρώτος πυρηνικός σταθμός στον κόσμο. Η αρχή λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών είναι η σχάση ενός ατόμου με τη βοήθεια ενός νετρονίου. Αυτή η διαδικασία απελευθερώνει τεράστια ποσότητα ενέργειας.

Φαίνεται ότι η πυρηνική ενέργεια είναι ένα εξαιρετικό όφελος για την ανθρωπότητα. Ωστόσο, η ιστορία έχει αποδείξει το αντίθετο. Συγκεκριμένα, δύο μεγάλες τραγωδίες - το ατύχημα στον σοβιετικό πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ το 1986 και το ατύχημα στον ιαπωνικό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής Fukushima-1 το 2011 - κατέδειξαν τον κίνδυνο που ενέχει το «ειρηνικό» άτομο. Και πολλές χώρες του κόσμου σήμερα άρχισαν να σκέφτονται τη μερική ή και την πλήρη απόρριψη της πυρηνικής ενέργειας.