Атомная станция, ядерные реакторы

Атомная энергетика
  • Ядерная реакция
  • Авария на ЧАЭС
  • Антуан Беккерель
  • Ядерный топливный цикл
  • Степень опасности РАО
  • Лазерная трансмутация
  • География транспортировки ядерных
    отходов в России
  • Новоуральск и ядерные отходы
  • СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
    АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
  • ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ
  • Атомные электростанции (АЭС)
  • Главным сооружением АЭС
    является энергоблок
    .
  • Физика атомного ядра
  • Радиоактивное излучение
  • Выделение энергии при делении
    тяжёлых ядер
    .
  • Зал управления Ленинградской АЭС
  • Ядерная реакция.

    Природный радиоизотоп U-235 и два искусственных изотопа U-233  и Pu-239 помимо самопроизвольного распада способны после захвата свободного нейтрона  к делению ядра на два осколка с выделением энергии более 200МэВ, что на два порядка  превышает энергию радиационного распада. В результате такой реакции образуются  два новых изотопа, происходит излучение -квантов и -частиц и образуются  несколько свободных нейтронов, которые в свою очередь при определенных условиях  могут способствовать делению новых радионуклидов. Подобный процесс называется  цепной ядерной реакцией, оторая может быть неуправляемой, как при взрыве ядерного  боеприпаса, как и управляемой, как в ядерном реакторе.

    Деление ядра происходит, в достаточной мере, произвольно. В соответствии с определенными вероятностями  могут образовываться 200 различных изотопов 35 химических элементов. Это означает,  что 165 изотопов являются нестабильными и способными к радиационнму распаду. Почти  все они являются - и -излучателями.

    Таким образом, в результате  ядерной реакции за ее пределы распространяются - и -излучения  и поток нейтронов, а сама реакция является источником колоссальной энергии.

    Ядерный  топливный цикл. Радиационно-опасные объекты (РОО).

    Наиболее распространенными объектами, использующими ядерную энергию, являются атомные станции (АС). Их работа требует добычи урановой руды, ее переработки в обогащенное ураном-235 ядерное топливо, производства тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), переработки отработанного топлива для извлечения делящегося материала, переработки и захоронения радиоактивных  отходов.

    Эти стадии образуют ядерный топливный цикл - ЯТЦ. Сюда же нужно добавить транспортировку радиоактивных материалов для обеспечения работы всех стадий (Рис. 7.1.).

    Добыча и переработка руды U3O5

    (в пересчете на 1000кг чистого урана:

    U238 993кг

    U235 7кг)

     

    Обогащение руды до UO2

    (в отвалы

    900кг:

    U238897,3кг

    U235 2,7кг

    на ТВЭЛы 100кг: U23895,6кг

    U235 4,4кг)

     

    Изготовление ТВЭЛов

    ТТВЭЛы

    РЕАКТОР.

    Загрузка ТВЭЛов.

    Через 3 года работы на 100кг загрузки:

    U238 94,03кг

    U235 1,26кг

    Pu239 0,74кг

     

    Оотработ

    аанное

    ттопливо

    Переработка отходов:

    На обогащение

    96,03кг из 100кг,

    на захоронение 3,97кг 

    Захоронение выcоко-активных отходов

    (3,97кг из 100кг загрузки)

     


    Рисунок 0.1 Схема ЯТЦ

    Кроме того в ЯТЦ входят предприятия радиохимической промышленности, объекты по переработке и захоронению отходов и др.

    Все перечисленные объекты  представляют химическую и радиологическую опасность. Наибольшую опасность представляют аварии на атомных станциях и объектах захоронения радиоактивных отходов.

    Радиационно опасный объект (РОО) - научный, промышленный или оборонный объект, при авариях или разрушении которого могут произойти массовые поражения людей, животных и растений ионизирующими излучениями, а также радиоактивное загрязнение среды.

    Реактор  и его работа.

    Основным объектом опасности АС является атомный реактор.

    Ядерные  реакторы по назначению делятся на:

    - исследовательтские,

    - для производства исскуственных изотопов,

    - энергетические (производство электрической или тепловой энергии),

    - для транспортных систем,

    - для медицинских целей,

    - для разработки новых технологий.

    На атомных станциях в нашей стране эксплуатируются реакторы типов ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) и водо-графитовые реакторы типа РБМК (реактор большой мощности канальный), в которых топливом служит уран-238, обогащенный несколькими процентами урана-235. Ядерное топливо в виде цилиндрических таблеток размещается в тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах) - цилиндрах из циркониевых сплавов. ТВЭЛы объединяются в тепловыделяющие сборки (ТВС), которые помещаются в специальные вертикальные технологические каналы графитовой кладки реактора. По ним же циркулирует и теплоноситель (в реакторах ВВЭР и РБМК в качестве теплоносителя используется вода). Объем, занимаемый ТВС и графитовой кладкой, являющейся замедлителем нейтронов, называется активной зоной, так как в нем происходит цепная ядерная реакция.

    Реактор размещается в бетонной шахте, которая создает биологическую защиту от ионизирующих излучений.

    Реактор работает длительное время и значительная часть изотопов с малым периодом полураспада превращается в стабильные элементы. Одновременно накапливаются изотопы с большим периодом полураспада. Таким образом, чем дольше эксплуатируется реактор, тем больше в нем будет накоплено радиоактивных продуктов деления, причем преобладать в них будут изотопы с большим периодом полураспада.

    Начальная загрузка топлива в реактор ВВЭР-440 составляет 42 тонны, в которых содержится 3,3% (около 1,4 т) делящегося урана-235. После цикла отработки (примерно 3 года) остаточное количество урана-235 в ТВЭЛах составляет около 1% (400 кг), т.е. за время работы реактора 1 тонна урана-235 превращается в продукты деления.

    Суммарная активность всех ТВЭЛов после цикла их отработки в реакторе ВВЭР-440 составляет около 2 · 1019 Бк.

    Наряду с делением ядер урана-235, в реакторе, под воздействием потока нейтронов, происходит превращение урана-238 в плутоний-239. За полный цикл эксплуатации ТВЭЛов в реакторе ВВЭР-440 образуется 10 кг плутония на одну исходную тонну ядерного горючего (т.е. урана-238). Кроме плутония, образуются и другие трансурановые элементы: америций-241, нептуний-237, кюрий-242.

    Под воздействием нейтронов стабильные изотопы некоторых химических элементов становятся радиоактивными, например, железо-59, церий-60, магний-54, кобальт-60. Это так называемая наведенная активность. Аналогичные процессы происходят и в реакторе типа РБМК.

    Как  уже упоминалось, при работе реакторов АС в их активной зоне идет непрерывный процесс накопления радиоактивных продуктов деления ядерного топлива, представляющих смесь 200 изотопов 35 химических элементов, изотопов наведенной активности и трансурановых элементов.

    Основную опасность при аварии представляют продукты деления ядерного топлива в случае выхода их за пределы биологической защиты реактора.

    Зоны  в период нормального функционирования реактора.

    Образующиеся при работе реактора отходы могут находиться в газообразном, жидком, аэрозольном и твердом состояниях. В процессе нормальной работы из реактора удаляются газообразные (после предварительной очистки) и, частично, аэрозольные и жидкие отходы. Для профилактики и контроля за этими процессами вокруг АС при нормальной эксплуатации устанавливаются санитарно-защитная зона и зона наблюдения.

    Санитарно-защитная зона - территория вокруг объекта, на которой уровень облучения людей в условиях нормальной эксплуатации может превысить дозовый предел для населения. Размер санитарно-защитной зоны зависит от типа и мощности реактора, расчетного количества радиоактиных выбросов, климатических условий и других факторов.

    В пределах санитарно-защитной зоны население не проживает, но могут располагаться здания и сооружения подсобного и обслуживающего назначения - пожарные депо, ремонтные заводы и т.п.

    Зона наблюдения - территория, где возможно влияние радиоактивных выбросов и сбросов РОО и где облучение проживающего населения может достигать установленного дозового предела ( в терминах НРБ 76/87).

    Зал управления Ленинградской АЭС