9.8.    Атомные электрические станции

Первая в мире атомная электрическая станция (АЭС) была введена в эксплуатацию в г. Обнинске 27 июня 1954 г., о чем сообщило Московское радио. Затем сообщение об успешно завер­шенных работах по созданию первой промышленной электростанции на атомной энергии было передано за­рубежными информационными агентствами, прокоммен­тировано радио и прессой, воспринято как сенсация.

На АЭС энергия, получаемая в результате деления ядер урана на осколки, превращается в тепловую энер­гию пара или газа, затем в электрическую энергию, т.е. в энергию движения электронов в проводнике. Деление ядер урана происходит при бомбардировке их нейтрона­ми, в результате чего получаются осколки ядер, обычно неодинаковые по массе, нейтроны и другие продукты де­ления, которые разлетаются в разные стороны с огромны­ми скоростями и имеют, следовательно, большие кинетические энергии. Получаемая при делении ядер энергия почти полностью превращается в теплоту. Установка, в которой происходит управляемая цепная ядерная реак­ция деления, называется ядерным реактором.

Обычные ТЭС принципиально отличаются от АЭС только тем, что рабочее тело на ТЭС получает теплоту в парогенераторах при сжигании органического топлива, а на АЭС – в ядерных реакторах. Для подогревания во­ды и превращения ее в пар в ТЭС используется теплота, получаемая при сжигании угля, а в АЭС (рис. 9.5) – теплота, получаемая с помощью управляемой ядерной реакции деления.

Основной элемент станции  – ядерный реактор состоит из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, си­стемы управления, регулирования и контроля, корпуса и биологической защиты.

В рабочие каналы активной зоны помещают ядерное топливо в виде урановых или плутониевых стержней, по­крытых герметичной металлической оболочкой.



В этих стержнях и происходит ядерная реакция, сопровожда­емая выделением большого количества тепловой энер­гии. Поэтому стержни с ядерным топливом называют тепловыделяющими элементами или сокращенно твэлами. Количество твэлов в активной зоне доходит до не­скольких тысяч.

В активную зону помещают замедлитель нейтронов, через нее также проходит теплоноситель, под которым понимают вещество, служащее для отвода теплоты. В ка­честве теплоносителя используется обычная вода, тяже­лая вода, водяной пар, жидкие

металлы, некоторые инертные газы (углекислый газ, гелий). Теплоноситель с помощью принудительной циркуляции омывает в рабо­чих каналах поверхности твэлов, нагревается и уносит теплоту для дальнейшего использования. Активная зона окружена отражателем, который возвращает в нее вы­летающие нейтроны.

Управление реактором производится с помощью спе­циальных стержней, поглощающих нейтроны. Стержни вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а следовательно, и интенсивность ядерной реакции.

Биологическая защита выполняет функции изо­ляции реактора от окру­жающего  пространства, т.е. от проникновения за пределы реактора мощ­ных потоков нейтронов, a-, b-, g-лучей и осколков деления. Защита реактора выполняется в виде тол­стого слоя (до нескольких метров) бетона с внутрен­ними каналами, по кото­рым циркулирует  вода или воздух для отвода теплоты. Количество этой теплоты равно 3 – 5 % от всей выделенной в реакто­ре энергии.

Защита должна ограничивать уровни излучений до значений, не превышающих допустимых доз как при ра­боте реактора, так и при его останове.