Tuumaenergia koosneb suurest hulgast erinevatel eesmärkidel tegutsevatest ettevõtetest. Selle tööstuse tooraine kaevandatakse uraanikaevandustest. Seejärel tarnitakse see kütusetootmisettevõtetesse.
Seejärel transporditakse kütus tuumaelektrijaamadesse, kus see siseneb reaktori südamikusse. Kui tuumkütus jõuab oma kasuliku eluea lõppu, kuulub see kõrvaldamisele. Väärib märkimist, et ohtlikud jäätmed ilmuvad mitte ainult pärast kütuse ümbertöötlemist, vaid ka igal etapil - uraani kaevandamisest reaktoris töötamiseni.
Tuumakütus
Kütust on kahte tüüpi. Esimene on kaevandustes kaevandatud uraan, mis on looduslikku päritolu. See sisaldab toorainet, mis on võimeline moodustama plutooniumi. Teine on kunstlikult (sekundaarselt) loodud kütus.
Tuumakütus jaguneb ka keemilise koostise järgi: metalliline, oksiid-, karbiid-, nitriid- ja segakütus.
Uraani kaevandamine ja kütuse tootmine
Suur osa uraanitoodangust tuleb vaid mõnest riigist: Venemaalt, Prantsusmaalt, Austraaliast, USA-st, Kanadast ja Lõuna-Aafrikast.
Uraan on tuumaelektrijaamade kütuse peamine element. Reaktorisse pääsemiseks läbib see mitu töötlemisetappi. Kõige sagedamini asuvad uraanimaardlad kulla ja vase kõrval, nii et selle ekstraheerimine toimub väärismetallide kaevandamisega.
Kaevandamisel on inimeste tervis suures ohus, sest uraan on mürgine materjal ning selle kaevandamisel tekkivad gaasid põhjustavad erinevaid vähivorme. Kuigi maak ise sisaldab väga väikeses koguses uraani - 0,1 kuni 1 protsenti. Suures ohus on ka uraanikaevanduste läheduses elav elanikkond.
Rikastatud uraan on tuumaelektrijaamade peamine kütus, kuid pärast selle kasutamist jääb järele tohutul hulgal radioaktiivseid jäätmeid. Kõigist ohtudest hoolimata on uraani rikastamine tuumakütuse loomise lahutamatu protsess.
Looduslikul kujul ei saa uraani praktiliselt kusagil kasutada. Kasutamiseks tuleb seda rikastada. Rikastamiseks kasutatakse gaasitsentrifuuge.
Rikastatud uraani ei kasutata mitte ainult tuumaenergias, vaid ka relvade tootmisel.
Transport
Kütusetsükli mis tahes etapis toimub transport. Seda viivad läbi kõik ligipääsetavad viisid: maad, merd, õhku. See on suur oht ja suur oht mitte ainult keskkonnale, vaid ka inimestele.
Tuumkütuse või selle elementide transportimisel juhtub palju õnnetusi, mille tagajärjel eraldub radioaktiivseid elemente. See on üks paljudest põhjustest, miks seda ohtlikuks peetakse.
Reaktorite dekomisjoneerimine
Ühtegi reaktorit pole demonteeritud. Isegi kurikuulus Tšernobõli Asi on selles, et ekspertide hinnangul on demonteerimise maksumus võrdne või isegi ületab uue reaktori ehitamise maksumuse. Kuid keegi ei oska täpselt öelda, kui palju raha vaja läheb: maksumus arvutati väikeste jaamade teadustööks demonteerimise kogemuse põhjal. Eksperdid pakuvad kahte võimalust:
- Reaktorid ja kasutatud tuumkütus paigutada hoidlatesse.
- Ehitage dekomisjoneeritud reaktorite kohale sarkofaagid.
Järgmise kümne aasta jooksul jõuab maailmas umbes 350 reaktori eluiga ja need tuleb kasutusest kõrvaldada. Kuid kuna ohutuse ja hinna poolest sobivaimat meetodit pole leiutatud, on see probleem endiselt lahendamisel.
Praegu töötab maailmas 436 reaktorit. Loomulikult on see suur panus energiasüsteemi, kuid see on väga ebaturvaline. Uuringud näitavad, et 15-20 aasta pärast on tuumajaamad võimalik asendada tuuleenergial ja päikesepaneelidel töötavate jaamadega.
Tuumajäätmed
Tuumaelektrijaamade tegevuse tulemusena tekib tohutul hulgal tuumajäätmeid. Tuumakütuse ümbertöötlemisel jäävad maha ka ohtlikud jäätmed. Ükski riik ei leidnud aga probleemile lahendust.
Tänapäeval hoitakse tuumajäätmeid ajutistes hoidlates, veekogudes või maetakse madalasse maa alla.
Enamik ohutul viisil- see on ladustamine spetsiaalsetes hoidlates, kuid ka siin on kiirgusleke, nagu ka teiste meetoditega, võimalik.
Tegelikult on tuumajäätmetel teatud väärtus, kuid need nõuavad nende ladustamise reeglite ranget järgimist. Ja see on kõige pakilisem probleem.
Oluline tegur on aeg, mille jooksul jäätmed on ohtlikud. Igal neist on oma lagunemisperiood, mille jooksul see on mürgine.
Tuumajäätmete liigid
Iga tuumaelektrijaama töötamise ajal satuvad selle jäätmed keskkonda. See on vesi turbiinide ja gaasiliste jäätmete jahutamiseks.
Tuumajäätmed jagunevad kolme kategooriasse:
- Madal tase - tuumajaama töötajate riietus, laboriseadmed. Sellised jäätmed võivad pärineda ka meditsiiniasutustest, teaduslikud laborid. Need ei kujuta endast suurt ohtu, kuid nõuavad ohutusmeetmete järgimist.
- Keskmine tase - metallmahutid, milles transporditakse kütust. Nende kiirgustase on üsna kõrge ja neid, kes on nende lähedal, tuleb kaitsta.
- Kõrge tase on kasutatud tuumkütus ja selle ümbertöötlemisproduktid. Radioaktiivsuse tase langeb kiiresti. Kõrge radioaktiivsusega jäätmed on väga väikesed, umbes 3 protsenti, kuid need sisaldavad 95 protsenti kogu radioaktiivsusest.
Novosibirski keemiakontsentraatide tehas on üks maailma juhtivaid tuumaelektrijaamade ja uurimisreaktorite tuumakütuse tootjaid Venemaal ja välisriigid. Ainus Venemaa metalliliitiumi ja selle soolade tootja. See on osa Rosatomi riikliku korporatsiooni kütuseettevõttest TVEL.
Tähelepanu, kommentaarid foto alla!
Vaatamata sellele, et 2011. aastal tootis ja müüs NCCP 70% liitium-7 isotoopi maailmas tarbitavast kogusest, on jaama põhitegevuseks tuumakütuse tootmine elektri- ja uurimisreaktorite jaoks.
Käesolev fotoreportaaž on pühendatud sellele liigile.
Peatootmiskompleksi hoone katus
Uurimisreaktorite kütusevarraste ja kütusesõlmede valmistamise töötuba
Piirkond uraandioksiidi pulbri tootmiseks kõrgtemperatuurse pürohüdrolüüsi abil
Mahutite laadimine uraanheksafluoriidiga
Operaatorite tuba
Siit pärineb uraandioksiidi pulbri tootmisprotsessi juhtimine, millest seejärel valmistatakse kütusegraanuleid.
Uraanigraanulite tootmispiirkond
Esiplaanil on näha bikoonid, kus hoitakse uraandioksiidi pulbrit.
Nad segavad pulbri ja plastifikaatori, mis võimaldab tabletti paremini kokku suruda.
Tuumakeraamilised kütusegraanulid
Järgmisena saadetakse need ahju lõõmutamiseks.
Põleti (vesiniku järelpõletus) tahvelpaagutusahjus
Tablette lõõmutatakse ahjudes temperatuuril vähemalt 1750 kraadi vesinikku redutseerivas keskkonnas üle 20 tunni.
Tuumakeraamiliste kütusegraanulite tootmine ja tehniline kontroll
Üks 4,5 g kaaluv tablett võrdub energia vabanemisega 400 kg kivisöega, 360 kuupmeetrit. m gaasi või 350 kg naftat.
Kõik tööd tehakse kastides, kasutades spetsiaalseid kindaid.
Tablettide konteinerite mahalaadimine
Tuumaelektrijaamade kütusevarraste ja kütusesõlmede valmistamise töötuba
Automatiseeritud kütusevarraste tootmisliin
Siin on tsirkooniumtorud täidetud uraandioksiidi tablettidega.
Tulemuseks on umbes 4 m pikkused valmis kütusevardad - kütuseelemendid.
Kütusevardaid kasutatakse juba kütusesõlmede ehk teisisõnu tuumkütuse kokkupanemiseks.
Valmis kütusevarraste teisaldamine transpordikonteinerites
Kingakatetel on isegi rattad.
FA kokkupanekuala
Paigaldus kütusevarrastele lakikatte pealekandmiseks
Kütusevarraste kinnitamine laadimismehhanismi
Karkassi valmistamine - kanalite ja vaherestide keevitamine
Seejärel paigaldatakse sellesse raami 312 kütusevarda.
Raami tehniline kontroll
Kanalid ja vaherestid
Automaatsed kütusevarraste komplektide seadmed
Tala kokkupanek
Kütusesõlmede tehniline kontroll
Vöötkoodimärgistusega kütusevardad, mille abil saab sõna otseses mõttes jälgida kogu toote tootmisteed.
Stendid valmis kütusesõlmede kontrollimiseks ja pakendamiseks
Valmis kütusesõlmede ülevaatus
Kontrollige, kas kütusevarraste vaheline kaugus on sama.
Valmis kütusekomplekt
Kahetorulised konteinerid kütuseagregaatide transportimiseks
NCCP-s toodetud tuumaelektrijaamade kütust kasutatakse Venemaa tuumaelektrijaamades ning seda tarnitakse ka Ukrainasse, Bulgaariasse, Hiinasse, Indiasse ja Iraani.
Elutsükkel uraanil või plutooniumil põhinev tuumkütus algab kaevandusettevõtetes, keemiatehastes, gaasitsentrifuugides ega lõpe hetkel, mil kütuseagregaat reaktorist maha laaditakse, kuna iga kütuseagregaat peab läbima pika kõrvaldamise ja seejärel ümbertöötlemine.
Tuumakütuse tooraine kaevandamine
Uraan on maakera raskeim metall. Umbes 99,4% maakera uraanist on uraan-238 ja ainult 0,6% uraan-235. Rahvusvahelise Aatomienergiaagentuuri punase raamatu aruanne näitab, et uraani tootmine ja nõudlus kasvab hoolimata Fukushima tuumaõnnetusest, mis on pannud paljud mõtlema tuumaenergia väljavaadete üle. Ainuüksi viimase paari aasta jooksul on tõestatud uraanivarud kasvanud 7%, mis on seotud uute maardlate avastamisega. Suurimad tootjad on endiselt Kasahstan, Kanada ja Austraalia, kes kaevandavad kuni 63% maailma uraanist. Lisaks on metallivarud saadaval Austraalias, Brasiilias, Hiinas, Malawis, Venemaal, Nigeris, USA-s, Ukrainas, Hiinas ja teistes riikides. Varem kirjutas Pronedra, et 2016. aastal kaevandati Vene Föderatsioonis 7,9 tuhat tonni uraani.
Tänapäeval kaevandatakse uraani kolmes erinevatel viisidel. Avatud meetod ei kaota oma tähtsust. Seda kasutatakse juhtudel, kui hoiused on maapinna lähedal. Avatud meetodil loovad buldooserid karjääri, seejärel laaditakse lisanditega maak kallurautodesse, et transportida töötlemiskompleksidesse.
Sageli asub maagikeha suurel sügavusel, sel juhul kasutatakse allmaakaevandamise meetodit. Kaevandus kaevatakse kuni kahe kilomeetri sügavusele, kivi kaevandatakse puurimise teel horisontaalsetes triivides ja transporditakse üles kaubaliftides.
Sel viisil ülespoole transporditav segu sisaldab palju komponente. Kivi tuleb purustada, veega lahjendada ja liigne eemaldada. Järgmisena lisatakse segule leostumisprotsessi läbiviimiseks väävelhapet. Selle reaktsiooni käigus saavad keemikud uraanisoolade sademe kollast värvi. Lõpuks puhastatakse lisanditega uraan rafineerimistehases. Alles pärast seda toodetakse uraanoksiidi, millega kaubeldakse börsil.
On olemas palju turvalisem, keskkonnasõbralikum ja kulutõhusam meetod, mida nimetatakse puuraugu in situ leotamiseks (ISL).
Selle väljaarendusmeetodiga jääb territoorium personalile ohutuks ja kiirgusfoon vastab sisemisele taustale suuremad linnad. Uraani kaevandamiseks leostumise abil peate kuusnurga nurkadesse puurima 6 auku. Nende kaevude kaudu pumbatakse väävelhape uraanimaardlatesse ja segatakse selle sooladega. See lahus ekstraheeritakse, nimelt pumbatakse läbi kuusnurga keskel oleva kaevu. Uraanisoolade nõutava kontsentratsiooni saavutamiseks lastakse segu mitu korda läbi sorptsioonikolonnide.
Tuumakütuse tootmine
Tuumakütuse tootmist on võimatu ette kujutada ilma gaasitsentrifuugideta, mida kasutatakse rikastatud uraani tootmiseks. Pärast vajaliku kontsentratsiooni saavutamist pressitakse uraandioksiid nn tablettideks. Nende loomisel kasutatakse määrdeaineid, mis eemaldatakse ahjudes põletamise ajal. Põletustemperatuur ulatub 1000 kraadini. Pärast seda kontrollitakse, kas tabletid vastavad esitatud nõuetele. Olulised on pinna kvaliteet, niiskusesisaldus ning hapniku ja uraani suhe.
Samal ajal valmistatakse teises töökojas kütuseelementide torukujulisi kestasid. Ülaltoodud protsesse, sealhulgas tablettide järgnevat doseerimist ja pakkimist kestaga torudesse, sulgemist, saastest puhastamist, nimetatakse kütuse tootmiseks. Venemaal teostavad kütusesõlmede (FA) loomist Moskva oblastis asuv Mashinostroitelny Zavod, Novosibirski Novosibirski keemiliste kontsentraatide tehas, Moskva polümetallitehas jt.
Iga kütusekomplektide partii luuakse kindlat tüüpi reaktori jaoks. Euroopa kütusesõlmed on valmistatud ruudukujuliselt, vene omadel aga kuusnurkne ristlõige. Vene Föderatsioonis kasutatakse laialdaselt VVER-440 ja VVER-1000 tüüpi reaktoreid. VVER-440 esimesi kütuseelemente hakati välja töötama 1963. aastal ja VVER-1000 jaoks 1978. aastal. Hoolimata asjaolust, et Venemaal võetakse aktiivselt kasutusele uusi Fukushima järgsete ohutustehnoloogiatega reaktoreid, töötab kogu riigis ja välismaal palju vana tüüpi tuumarajatisi, mistõttu on kütusesõlmed samaväärsed erinevat tüüpi reaktorid.
Näiteks RBMK-1000 reaktori ühe südamiku kütusesõlmede varustamiseks on vaja üle 200 tuhande tsirkooniumisulamitest komponendi ning 14 miljonit paagutatud uraandioksiidi graanulit. Mõnikord võib kütusesõlme valmistamise maksumus ületada elementides sisalduva kütuse maksumust, mistõttu on nii oluline tagada kõrge energiatõhusus kilogrammi uraani kohta.
Kulud eest tootmisprotsessid V %
Eraldi tasub mainida uurimisreaktorite kütusekomplekte. Need on konstrueeritud nii, et neutronite tekkeprotsessi jälgimine ja uurimine oleks võimalikult mugav. Selliseid kütusevardaid katseteks tuumafüüsika, isotoopide tootmise ja kiirgusmeditsiini valdkonnas toodab Venemaal Novosibirski keemiakontsentraatide tehas. FA-d luuakse uraani ja alumiiniumiga õmblusteta elementide baasil.
Tuumakütuse tootmisega tegeleb Venemaa Föderatsioonis kütusefirma TVEL (Rosatomi osakond). Ettevõte tegeleb tooraine rikastamise, kütuseelementide komplekteerimisega ning osutab ka kütuselitsentsimisteenust. Kovrovi mehaanikatehas Vladimiri oblastis ja Uurali gaasitsentrifuugitehas Sverdlovski oblastis loovad seadmeid Venemaa kütusesõlmede jaoks.
Kütusevardade transportimise omadused
Looduslikku uraani iseloomustab madal radioaktiivsus, kuid enne kütusesõlmede tootmist läbib metall rikastamisprotseduuri. Uraan-235 sisaldus looduslikus maagis ei ületa 0,7% ja radioaktiivsus on 25 bekerelli 1 milligrammi uraani kohta.
Uraanigraanulid, mis asetatakse kütusesõlmedesse, sisaldavad uraani uraan-235 kontsentratsiooniga 5%. Tuumakütusega valmiskütuse komplekte transporditakse spetsiaalsetes ülitugevates metallkonteinerites. Transpordiks kasutatakse raudtee-, maantee-, mere- ja isegi õhutransporti. Iga konteiner sisaldab kahte komplekti. Kiiritamata (värske) kütuse transportimine ei kujuta endast kiirgusohtu, kuna kiirgus ei ulatu kaugemale tsirkooniumtorudest, millesse surutud uraanigraanulid asetatakse.
Kütuseveoks töötatakse välja spetsiaalne marsruut, veos transporditakse tootja või tellija turvatöötajate saatel (sagedamini), mille põhjuseks on eelkõige seadmete kõrge hind. Kogu tuumkütuse tootmise ajaloo jooksul ei ole registreeritud ühtegi kütusesõlmedega transpordiõnnetust, mis oleks mõjutanud keskkonna kiirgusfooni või toonud kaasa inimohvreid.
Kütus reaktori südamikus
Tuumakütuse ühik - TVEL - on võimeline eraldama tohutul hulgal energiat pika aja jooksul. Selliste mahtudega ei saa võrrelda ei kivisütt ega gaasi. Kütuse elutsükkel igas tuumaelektrijaamas algab värske kütuse mahalaadimisest, eemaldamisest ja ladustamisest kütusekomplektide laos. Kui eelmine kütusepartii reaktoris läbi põleb, komplekteerivad töötajad südamikusse laadimiseks kütusekomplekte ( tööpiirkond reaktor, kus lagunemisreaktsioon toimub). Reeglina laaditakse kütus osaliselt ümber.
Täiskütus lisatakse südamikule alles reaktori esmakordsel käivitamisel. Selle põhjuseks on asjaolu, et reaktoris põlevad kütusevardad ebaühtlaselt läbi, kuna neutronivoo intensiivsus on reaktori erinevates tsoonides erinev. Tänu mõõteseadmetele on jaama personalil võimalus jälgida reaalajas iga kütuseühiku läbipõlemisastet ja teha asendusi. Mõnikord teisaldatakse uute kütuseagregaatide laadimise asemel komplekte omavahel. Aktiivse tsooni keskel toimub läbipõlemine kõige intensiivsemalt.
FA pärast tuumaelektrijaama
Tuumareaktoris kasutatud uraani nimetatakse kiiritatud või ärapõletuks. Ja selliseid kütusekomplekte kasutatakse kasutatud tuumkütusena. SNF on paigutatud radioaktiivsetest jäätmetest eraldi, kuna sellel on vähemalt 2 kasulikku komponenti - põletamata uraan (metalli põlemissügavus ei ulatu kunagi 100%) ja transuraani radionukliidid.
Viimasel ajal on füüsikud hakanud kasutama kasutatud tuumkütusesse kogunenud radioaktiivseid isotoope tööstuses ja meditsiinis. Kui kütus on oma kampaania läbinud (aeg, mil sõlme on reaktori südamikus töötingimustel nimivõimsusel), suunatakse see jahutusbasseini, seejärel otse reaktoriruumi hoidlasse ja pärast seda ümbertöötlemiseks või kõrvaldamiseks. Jahutusbassein on mõeldud soojuse eemaldamiseks ja ioniseeriva kiirguse eest kaitsmiseks, kuna kütuseagregaat jääb pärast reaktorist eemaldamist ohtlikuks.
USA-s, Kanadas ega Rootsis kasutatud tuumkütust ümbertöötlemisele ei saadeta. Teised riigid, sealhulgas Venemaa, töötavad suletud kütusetsükli kallal. See võimaldab oluliselt vähendada tuumkütuse tootmiskulusid, kuna osa kasutatud tuumkütusest taaskasutatakse.
Kütusevardad lahustatakse happes, misjärel eraldavad teadlased jäätmetest plutooniumi ja kasutamata uraani. Umbes 3% toorainest ei saa taaskasutada, need on kõrge radioaktiivsusega jäätmed, mis läbivad bituumenimis- või klaasistamisprotseduurid.
Kasutatud tuumkütusest saab taaskasutada 1% plutooniumi. Seda metalli ei ole vaja rikastada, Venemaa kasutab seda uuendusliku MOX-kütuse tootmisel. Suletud kütusetsükkel võimaldab teha ühe kütusesõlme ligikaudu 3% odavamaks, kuid see tehnoloogia nõuab suuri investeeringuid tööstusplokkide ehitusse, mistõttu pole see maailmas veel levinud. Sellesuunalisi uuringuid Rosatomi kütusefirma aga ei lõpeta. Pronedra kirjutas hiljuti, et Venemaa Föderatsioon töötavad kütuse kallal, mis suudab reaktori südamikus ringlusse võtta ameriitsiumi, kuuriumi ja neptuuniumi isotoope, mis sisalduvad sama 3% kõrge radioaktiivsete jäätmete hulgas.
Tuumakütuse tootjad: hinnang
- Prantsuse ettevõte Areva andis kuni viimase ajani 31% maailma kütusekomplektide turust. Ettevõte toodab tuumakütust ja komplekteerib komponente tuumaelektrijaamadele. 2017. aastal läbis Areva kvalitatiivse uuenduskuuri, ettevõttesse tulid uued investorid ning 2015. aasta kolossaalne kahjum vähenes 3 korda.
- Westinghouse on Jaapani ettevõtte Toshiba Ameerika divisjon. Aktiivne turu arendamine Ida-Euroopa, tarnib Ukraina tuumaelektrijaamadele kütusekomplekte. Koos Toshibaga annab see 26% ülemaailmsest tuumakütuse tootmisturust.
- Kolmandal kohal on riigikorporatsiooni Rosatom (Venemaa) kütusefirma TVEL. TVEL annab 17% ülemaailmsest turust, tal on kümneaastane lepinguportfell väärtusega 30 miljardit dollarit ja ta tarnib kütust enam kui 70 reaktorile. TVEL arendab VVER reaktorite kütuseagregaate ning siseneb ka lääne disainiga tuumajaamade turule.
- Japan Nuclear Fuel Limited annab viimastel andmetel 16% maailmaturust ja tarnib enamikku Jaapani tuumareaktoritest kütusekomplekte.
- Mitsubishi Heavy Industries on Jaapani hiiglane, mis toodab turbiine, tankereid, kliimaseadmeid ja viimasel ajal ka tuumakütust lääne tüüpi reaktoritele. Mitsubishi Heavy Industries (emaettevõtte divisjon) tegeleb koos Arevaga APWR tuumareaktorite ehitamise ja uurimistegevusega. Jaapani valitsus valis selle ettevõtte uute reaktorite väljatöötamiseks.
10,7% maailma elektritoodangust toodetakse aastas tuumaelektrijaamadest. Koos soojuselektrijaamade ja hüdroelektrijaamadega töötavad need selle nimel, et anda inimkonnale valgust ja soojust, võimaldada neil kasutada elektriseadmeid ning muuta meie elu mugavamaks ja lihtsamaks. Juhtub nii, et tänapäeval seostatakse sõnu "tuumaelektrijaam" ülemaailmsete katastroofide ja plahvatustega. Tavainimestel pole tuumajaama tööst ja selle ülesehitusest vähimatki aimu, kuid ka kõige valgustamatumad on Tšernobõli ja Fukushima intsidentidest kuulnud ja ehmunud.
Mis on tuumaelektrijaam? Kuidas need toimivad? Kui ohtlikud on tuumajaamad? Ära usu kuulujutte ja müüte, uurime välja!
Mis on tuumaelektrijaam?
16. juulil 1945 ammutati USA sõjaväepolügoonis esimest korda uraani tuumast energiat. Võimas plahvatus aatomipomm, mis tõi kaasa tohutu hulga inimohvreid, sai moodsa ja absoluutselt rahumeelse elektriallika prototüübiks.
Esimest korda hakati elektrit tootma tuumareaktori abil 20. detsembril 1951 USA-s Idaho osariigis. Selle funktsionaalsuse kontrollimiseks ühendati generaator kõigile ootamatult 4 hõõglambiga, lambid süttisid. Sellest hetkest alates hakkas inimkond elektri tootmiseks kasutama tuumareaktori energiat.
Maailma esimene tuumajaam käivitati NSV Liidus Obninskis 1954. aastal. Selle võimsus oli vaid 5 megavatti.
Mis on tuumaelektrijaam? Tuumaelektrijaam on tuumarajatis, mis toodab energiat tuumareaktori abil. Tuumareaktor töötab tuumkütusel, enamasti uraanil.
Tuumarajatise tööpõhimõte põhineb uraani neutronite lõhustumisreaktsioonil, mis omavahel põrkudes jagunevad uuteks neutroniteks, mis omakorda põrkuvad ja ka lõhustuvad. Seda reaktsiooni nimetatakse ahelreaktsiooniks ja see on tuumaenergia aluseks. Kogu see protsess tekitab soojust, mis soojendab vee kõrvetavalt kuumaks (320 kraadi Celsiuse järgi). Siis muutub vesi auruks, aur pöörab turbiini, see ajab elektrigeneraatorit, mis toodab elektrit.
Tuumaelektrijaamade ehitamine toimub tänapäeval kiires tempos. Maailma tuumaelektrijaamade arvu kasvu peapõhjus on lihtsalt öeldes piiratud orgaanilise kütuse varud, gaasi- ja naftavarud on lõppemas, neid on vaja tööstuse ja munitsipaalvajaduste jaoks ning uraan ja plutoonium, mis; toimivad tuumaelektrijaamade kütusena, neid on vaja vähesel määral;
Mis on tuumaelektrijaam? See pole ainult elekter ja soojus. Lisaks elektri tootmisele kasutatakse tuumaelektrijaamu ka vee magestamise eesmärgil. Näiteks Kasahstanis on selline tuumajaam.
Millist kütust kasutatakse tuumaelektrijaamades?
Praktikas saab tuumaelektrijaamades kasutada mitmeid aineid, mis on võimelised tootma tuumaelektrijaama, näiteks uraan, toorium ja plutoonium.
Tooriumikütust praegu tuumaelektrijaamades ei kasutata, sest seda on keerulisem muuta kütuseelementideks ehk lühidalt kütusevarrasteks.
Kütusevardad on metalltorud, mis asetatakse tuumareaktori sisse. Kütusevardade sees on radioaktiivseid aineid. Neid torusid võib nimetada tuumakütuse hoidlateks. Tooriumi harvaesineva kasutamise teine põhjus on selle keeruline ja kallis töötlemine pärast kasutamist tuumaelektrijaamades.
Plutooniumkütust ei kasutata ka tuumaenergeetikas, sest sellel ainel on väga keeruline keemiline koostis, mida me pole ikka veel õppinud õigesti kasutama.
Uraani kütus
Põhiline tuumaelektrijaamades energiat tootv aine on uraan. Tänapäeval kaevandatakse uraani kolmel viisil: avatud kaevandustes, suletud kaevandustes ja maa-aluses leostuses kaevanduste puurimise teel. Viimane meetod on eriti huvitav. Uraani eraldamiseks leostumise teel valatakse maa-alustesse kaevudesse väävelhappe lahus, see küllastatakse uraaniga ja pumbatakse tagasi.
Maailma suurimad uraanivarud asuvad Austraalias, Kasahstanis, Venemaal ja Kanadas. Kõige rikkalikumad maardlad on Kanadas, Zaire'is, Prantsusmaal ja Tšehhis. Nendes riikides saadakse tonnist maagist kuni 22 kilogrammi uraani toorainet. Võrdluseks, Venemaal saadakse ühest tonnist maagist veidi rohkem kui poolteist kilogrammi uraani.
Uraani kaevanduskohad ei ole radioaktiivsed. Puhtal kujul on see aine inimestele vähe ohtlik, palju suurem oht on radioaktiivne värvitu gaas radoon, mis tekib uraani looduslikul lagunemisel.
Uraani ei saa tuumaelektrijaamades kasutada maagi kujul, see ei saa tekitada mingeid reaktsioone. Esiteks töödeldakse uraani tooraine pulbriks - uraanoksiidiks ja alles pärast seda muutub see uraanikütuseks. Uraanipulber muudetakse metallist "tablettideks" - see pressitakse väikestesse korralikesse kolbidesse, mis põletatakse 24 tunni jooksul kohutavalt. kõrged temperatuurid ah rohkem kui 1500 kraadi Celsiuse järgi. Just need uraanigraanulid sisenevad tuumareaktoritesse, kus nad hakkavad üksteisega suhtlema ja lõppkokkuvõttes varustama inimesi elektriga.
Ühes tuumareaktoris töötab samaaegselt umbes 10 miljonit uraanigraanulit.
Loomulikult ei visata uraanigraanuleid lihtsalt reaktorisse. Need asetatakse tsirkooniumisulamitest valmistatud metalltorudesse - kütusevardad on omavahel ühendatud kimpudeks ja moodustavad kütusesõlmed - kütusesõlmed. Just FA-d võib õigustatult nimetada tuumaelektrijaama kütuseks.
Tuumaelektrijaama kütuse ümbertöötlemine
Pärast umbes aastast kasutamist tuleb tuumareaktorites olev uraan välja vahetada. Kütuseelemente jahutatakse mitu aastat ja saadetakse tükeldamiseks ja lahustamiseks. Keemilise ekstraheerimise tulemusena eraldub uraan ja plutoonium, mida taaskasutatakse ja kasutatakse värske tuumakütuse valmistamiseks.
Uraani ja plutooniumi lagunemissaadusi kasutatakse ioniseeriva kiirguse allikate tootmiseks. Neid kasutatakse meditsiinis ja tööstuses.
Kõik, mis pärast neid manipuleerimisi järele jääb, saadetakse kuuma ahju ja jäänustest valmistatakse klaas, mis seejärel hoitakse spetsiaalsetes hoiuruumides. Miks klaas? Sellest on väga raske eemaldada radioaktiivsete elementide jäänuseid, mis võivad kahjustada keskkond.
Tuumaelektrijaama uudised - ilmusid mitte nii kaua aega tagasi uus viis radioaktiivsete jäätmete kõrvaldamine. Loodud on nn kiired tuumareaktorid ehk kiired neutronreaktorid, mis töötavad taaskasutatud tuumkütuse jääkidega. Teadlaste hinnangul on praegu hoidlates hoiul olevad tuumkütuse jäänused võimelised pakkuma kütust kiirneutronreaktoritele 200 aastaks.
Lisaks saavad uued kiired reaktorid töötada uraankütusel, mis on valmistatud uraanist 238 seda ainet tavalistes tuumaelektrijaamades ei kasutata, sest Tänapäeva tuumajaamades on lihtsam töödelda 235 ja 233 uraani, millest on looduses vähe alles. Seega on uutes reaktorites võimalus kasutada tohutuid 238 uraani maardlaid, mida keegi varem polnud kasutanud.
Kuidas ehitatakse tuumaelektrijaam?
Mis on tuumaelektrijaam? Mis on see hallide hoonete segadus, mida enamik meist ainult telerist näinud on? Kui vastupidavad ja ohutud need konstruktsioonid on? Milline on tuumaelektrijaama struktuur? Iga tuumajaama keskmes on reaktorihoone, selle kõrval turbiiniruum ja ohutushoone.
Tuumaelektrijaamade ehitamine toimub vastavalt radioaktiivsete ainetega töötavate rajatiste eeskirjadele, eeskirjadele ja ohutusnõuetele. Tuumajaam on riigi täieõiguslik strateegiline objekt. Seetõttu on reaktorihoone seinte ja raudbetoonist tugevduskonstruktsioonide paksus kordades suurem tüüpkonstruktsioonide omast. Seega peavad tuumaelektrijaamade ruumid vastu 8-magnituudistele maavärinatele, tornaadodele, tsunamidele, tornaadodele ja lennuõnnetustele.
Reaktorihoonet kroonib kuppel, mida kaitsevad sise- ja välisseinad. Sisemine betoonsein on kaetud terasplekiga, mis avarii korral peaks tekitama suletud õhuruumi ega paiska õhku radioaktiivseid aineid.
Igal tuumajaamal on oma jahutusbassein. Sinna asetatakse uraanitabletid, mis on oma kasutusaja juba ära teeninud. Pärast uraanikütuse reaktorist eemaldamist jääb see äärmiselt radioaktiivseks, kütusevarraste sees toimuvate reaktsioonide lakkamiseks peab kuluma 3 kuni 10 aastat (olenevalt reaktori konstruktsioonist, milles kütus asus). Jahutusbasseinides uraanigraanulid jahtuvad ja reaktsioonid nende sees lakkavad.
Tuumaelektrijaama tehnoloogiline skeem või lihtsalt öeldes tuumaelektrijaamade projekteerimisskeem on mitut tüüpi, samuti tuumajaama omadused ja tuumaelektrijaama soojusskeem, see sõltub tüübist tuumareaktor, mida kasutatakse elektri tootmisel.
Ujuv tuumaelektrijaam
Me juba teame, mis on tuumajaam, kuid vene teadlased tulid ideele võtta tuumajaam ja muuta see mobiilseks. Tänaseks on projekt peaaegu valmis. Seda konstruktsiooni nimetati ujuvaks tuumaelektrijaamaks. Kava kohaselt suudab ujuv tuumajaam elektriga varustada kuni kahesaja tuhande elanikuga linna. Selle peamine eelis on võimalus liikuda meritsi. Liikumisvõimelise tuumajaama ehitamine käib praegu vaid Venemaal.
Tuumajaama uudiseks on maailma esimese ujuva tuumaelektrijaama peatne käivitamine, mis on mõeldud Venemaal Tšukotka autonoomses ringkonnas asuva Peveki sadamalinna energiaga varustamiseks. Esimene ujuv tuumajaam kannab nime "Akademik Lomonosov", minituumajaam on rajamisel Peterburis ja plaanitakse käivitada aastatel 2016 - 2019. Ujuva tuumajaama esitlus toimus 2015. aastal, siis esitasid ehitajad peaaegu valmis projekt PAES.
Ujuv tuumaelektrijaam on mõeldud elektriga varustamiseks kõige kaugematele linnadele, millel on juurdepääs merele. Akademik Lomonossovi tuumareaktor pole küll nii võimas kui maismaa tuumaelektrijaamade oma, kuid selle kasutusiga on 40 aastat, mis tähendab, et väikese Peveki elanikke ei kannata elektripuudus ligi pool sajandit.
Ujuvat tuumaelektrijaama saab kasutada mitte ainult soojus- ja elektriallikana, vaid ka vee magestamiseks. Arvutuste kohaselt suudab see päevas toota 40–240 kuupmeetrit magedat vett.
Ujuva tuumajaama esimese ploki maksumus oli 16 ja pool miljardit rubla, nagu näeme, tuumajaamade ehitamine ei ole odav nauding.
Tuumaelektrijaama ohutus
Pärast Tšernobõli katastroofi 1986. aastal ja Fukushima õnnetust 2011. aastal tekitavad sõnad tuumajaam inimestes hirmu ja paanikat. Tegelikult on kaasaegsed tuumaelektrijaamad varustatud viimane sõna seadmed, on välja töötatud spetsiaalsed ohutusreeglid ja üldiselt koosneb tuumaelektrijaama kaitse 3 tasemest:
Esimesel tasemel tuleb tagada tuumajaama normaalne töö. Tuumajaama ohutus sõltub suuresti tuumajaama õigest asukohast, hästi läbimõeldud projektist ja kõigi tingimuste täitmisest hoone ehitamisel. Kõik peab vastama eeskirjadele, ohutusjuhistele ja plaanidele.
Teisel tasandil on oluline vältida tuumajaama normaalse töö üleminekut avariiolukorda. Selleks on spetsiaalsed instrumendid, mis jälgivad temperatuuri ja rõhku reaktorites ning annavad teada vähimatest muutustest näitudes.
Kui esimene ja teine kaitseaste ei tööta, kasutatakse kolmandat – otsest reageerimist hädaolukorrale. Andurid tuvastavad õnnetuse ja reageerivad sellele ise – reaktorid lülitatakse välja, kiirgusallikad lokaliseeritakse, südamikku jahutatakse ja õnnetusest teatatakse.
Muidugi nõuab tuumajaam erilist tähelepanu turvasüsteemile nii ehitusjärgus kui ka käitamisetapis. Rangete eeskirjade eiramisel võivad olla väga tõsised tagajärjed, kuid tänapäeval enamus Vastutus tuumaelektrijaamade ohutuse eest langeb arvutisüsteemidele ja inimfaktor on peaaegu täielikult välistatud. Võttes arvesse kaasaegsete masinate suurt täpsust, võite olla kindel tuumaelektrijaamade ohutuses.
Eksperdid kinnitavad, et stabiilselt töötavates kaasaegsetes tuumaelektrijaamades või nende läheduses viibides on võimatu saada suurt radioaktiivse kiirguse doosi. Isegi tuumaelektrijaama töötajad, kes, muide, mõõdavad iga päev saadavat kiirgustaset, ei puutu kokku suurema kiirgusega kui suurte linnade tavaelanikud.
Tuumareaktorid
Mis on tuumaelektrijaam? See on peamiselt töötav tuumareaktor. Selle sees toimub energiatootmise protsess. FA-d paigutatakse tuumareaktorisse, kus uraani neutronid reageerivad üksteisega, kus nad kannavad soojust veele jne.
Konkreetse reaktorihoone sees on järgmised konstruktsioonid: veevarustusallikas, pump, generaator, auruturbiin, kondensaator, deaeraatorid, puhasti, ventiil, soojusvaheti, reaktor ise ja rõhuregulaator.
Reaktoreid on mitut tüüpi, olenevalt sellest, milline aine toimib seadmes moderaatori ja jahutusvedelikuna. On kõige tõenäolisem, et kaasaegses tuumaelektrijaamas on termilised neutronreaktorid:
- vesi-vesi (tavalise veega nii neutronite moderaatorina kui ka jahutusvedelikuna);
- grafiit-vesi (moderaator - grafiit, jahutusvedelik - vesi);
- grafiitgaas (moderaator – grafiit, jahutusvedelik – gaas);
- raske vesi (moderaator - raske vesi, jahutusvedelik - tavaline vesi).
TUJ efektiivsus ja TEJ võimsus
Surveveereaktoriga tuumaelektrijaama üldine kasutegur (efektiivsuse tegur) on umbes 33%, grafiitveereaktoriga umbes 40% ja raskeveereaktoriga umbes 29%. Tuumajaama majanduslik elujõulisus sõltub tuumareaktori kasutegurist, reaktori südamiku energiamahukusest, installeeritud võimsuse rakendustegurist aastas jne.
TEJ uudis – teadlased lubavad peagi tõsta tuumajaamade efektiivsust poolteist korda, 50%-ni. See juhtub siis, kui kütusesõlmed või kütusesõlmed, mis asetatakse otse tuumareaktorisse, on valmistatud mitte tsirkooniumisulamitest, vaid komposiidist. Tuumajaamade probleemideks on tänapäeval see, et tsirkoonium ei ole piisavalt kuumakindel, ei talu väga kõrgeid temperatuure ja rõhku, seetõttu on tuumajaamade kasutegur madal, komposiit aga talub üle tuhande soojakraadi.
USA-s, Prantsusmaal ja Venemaal tehakse katseid komposiidi kasutamiseks uraanigraanulite kestana. Teadlased töötavad selle nimel, et suurendada materjali tugevust ja selle kasutuselevõttu tuumaenergiasse.
Mis on tuumaelektrijaam? Tuumaelektrijaamad on maailma elektrienergia. Kogu maailma tuumaelektrijaamade elektriline võimsus on 392 082 MW. Tuumaelektrijaama omadused sõltuvad eelkõige selle võimsusest. Maailma võimsaim tuumajaam asub Prantsusmaal, Sivo TEJ võimsus (iga plokk) on üle pooleteise tuhande MW (megavati). Teiste tuumajaamade võimsus ulatub 12 MW-st mini-tuumajaamades (Bilibino TUJ, Venemaa) kuni 1382 MW-ni (Flanmanville'i tuumajaam, Prantsusmaa). Ehitusjärgus on Flamanville'i plokk võimsusega 1650 MW ja Lõuna-Korea Shin-Kori tuumajaamad tuumajaama võimsusega 1400 MW.
TUJ maksumus
Tuumaelektrijaam, mis see on? See on suur raha. Tänapäeval vajavad inimesed elektri tootmiseks mis tahes vahendeid. Vee-, soojus- ja tuumaelektrijaamu ehitatakse kõikjale enam-vähem arenenud riigid. Tuumaelektrijaama ehitamine ei ole lihtne protsess, see nõuab suuri kulutusi ja rahalisi investeeringuid, enamasti saadakse riigieelarvest.
Tuumajaama maksumus sisaldab kapitalikulusid - platsi ettevalmistamise, ehitamise, seadmete kasutuselevõtu kulusid (kapitalikulude summad on üüratud, näiteks maksab üks aurugeneraator tuumajaamas üle 9 miljoni dollari). Lisaks nõuavad tuumaelektrijaamad ka tegevuskulusid, mis hõlmavad kütuse ostmist, kulusid selle kõrvaldamiseks jne.
Paljudel põhjustel on tuumaelektrijaama ametlik maksumus vaid ligikaudne. Ühe tuumaploki nullist ehitamine läheb maksma umbes 8 miljonit dollarit. Keskmiselt on ühe jaama tasuvusaeg 28 aastat, kasutusiga 40 aastat. Nagu näete, on tuumaelektrijaamad üsna kallis rõõm, kuid nagu saime teada, teile ja mulle uskumatult vajalik ja kasulik.
Tuumaelektrijaamad – tuumajaamad- Need on soojuselektrijaamad. Tuumaelektrijaamad kasutavad allikana kontrollitud tuumareaktsioonide energiat. Tuumaelektrijaamade ühikvõimsus ulatub 1,5 GW-ni.
Tuumaelektrijaamad – tuumaelektrijaamad – kütuseliigid
Seda kasutatakse tavalise kütusena tuumaelektrijaamades. U- uraan. Lõhustumisreaktsioon toimub tuumaelektrijaama põhiseadmes – tuumareaktoris. Tuuma lõhustumise ahelreaktsiooni käigus eraldub märkimisväärne kogus soojusenergiat, mida kasutatakse elektri tootmiseks.
Tuumaelektrijaamad - tuumaelektrijaamad - tööpõhimõte
Uraani tuumade lõhustumisel tekivad kiired neutronid. Lõhustumiskiirus on tuumaelektrijaamades ahelreaktsioon, mida reguleerivad moderaatorid: raske vesi või grafiit. Neutronid sisaldavad suur hulk soojusenergia. Energia siseneb jahutusvedeliku kaudu aurugeneraatorisse. Kõrgsurveaur suunatakse turbogeneraatoritesse. Saadud elekter läheb trafodesse ja seejärel jaotusseadmetesse. Osa elektrist kasutatakse tuumaelektrijaama (TEJ) enda vajaduste rahuldamiseks. Jahutusvedeliku ringlus tuumaelektrijaamades tagatakse pumpadega: pea- ja kondensaat. Tuumaelektrijaamade liigsoojus suunatakse jahutustornidesse.
Venemaa tuumaelektrijaamad - tuumaelektrijaamad - tuumareaktorite tüübid:
- RBMK - suure võimsusega reaktor, kanal,
- VVER – survevee jõureaktor,
- BN – kiirneutronreaktor.
Tuumaelektrijaamad – tuumajaamad – ökoloogia
Tuumaelektrijaamad - tuumajaamad ei eralda atmosfääri suitsugaase. Tuumajaamas tuha ja räbu kujul jäätmeid ei ole. Tuumaelektrijaamade probleemideks on liigne soojus ja radioaktiivsete jäätmete ladustamine. Inimeste ja atmosfääri kaitsmiseks radioaktiivsete heitmete eest tuumaelektrijaamades võetakse erimeetmeid:
- tuumaelektrijaama seadmete töökindluse parandamine,
- haavatavate süsteemide dubleerimine,
- kõrged nõuded personali kvalifikatsioonile,
- kaitse ja kaitse välismõjude eest.
Tuumajaamad on ümbritsetud sanitaarkaitsevööndiga.
