Позднее И.В. Курчатов и А.П. Савенягин обосновали выбор реактора АМ для строительства в первую очередь тем, что «он может лучше, чем другие установки, использовать опыт, накопленный практикой обычных котлов: общая относительная простота установки облегчает и удешевляет строительство».
Первые атомные электростанции и их роль в развитии ядерной энергетики
Современные атомные электростанции распространены по всему миру благодаря своей высокой мощности и производительности. Ранние атомные электростанции по многим параметрам уступали современным атомным электростанциям. Строительство первых атомных электростанций началось в середине прошлого века.
План создания первой атомной электростанции начался после успешного испытания первой атомной бомбы в СССР, когда в ядерном реакторе был получен плутоний и организовано производство обогащенного урана. Осенью 1949 года состоялась масштабная дискуссия о перспективах и основных проблемах ввода в эксплуатацию атомных электростанций.
В середине 20-го века начались работы по строительству первой атомной электростанции. В течение четырех лет, с 1950 по 1954 год, была построена первая атомная электростанция. Первая АЭС была официально введена в эксплуатацию 27 июня 1954 года в Советском Союзе, в городе Обнинске. На станции работал реактор АМ-1 с предельной мощностью всего 5 МВт.
Завод бесперебойно работал почти 48 лет. В апреле 2002 года реактор станции был остановлен. Решение о закрытии завода было принято по экономическим соображениям и нецелесообразности дальнейшей эксплуатации. Обнинская АЭС стала не только первой атомной электростанцией, введенной в эксплуатацию, но и первой атомной электростанцией, остановленной в России.
Значимость первой АЭС
Первые атомные электростанции в СССР проложили путь к мирному использованию ядерной энергии. Эксплуатация первых АЭС также обеспечила необходимое техническое и научное ноу-хау для дальнейшего планирования и строительства более крупных станций.
Еще во время строительства атомная электростанция в Обнинске была превращена в своеобразную школу для подготовки персонала, эксплуатационного персонала и ученых. Обнинская АЭС выполняла эту роль в течение нескольких десятилетий благодаря промышленному применению и большому количеству проведенных там экспериментов.
Первые АЭС в разных странах
Многолетний опыт эксплуатации первой советской атомной электростанции подтвердил практически все технические решения, предложенные специалистами. Это позволило построить и успешно ввести в эксплуатацию в 1964 году Белоярскую АЭС, мощность которой достигла 300 МВт.
В Великобритании первая атомная электростанция была официально введена в эксплуатацию только в октябре 1956 года. За пределами территории Советского Союза этот завод был первым промышленным предприятием такого рода. Построенная в британском городе Колдер-Холл, электростанция имела мощность 46 МВт, когда была введена в эксплуатацию. Через несколько лет началось строительство многих других крупных атомных электростанций.
В США первая атомная электростанция была введена в эксплуатацию в 1957 году. Электростанция мощностью 60 МВт была расположена в американском штате Шиппингпорт. Соединенные Штаты прекратили строительство реакторов в 1979 году после серьезной аварии на АЭС «Три-Майл-Айленд». Два новых реактора на базе бывшей АЭС будут построены не ранее 2017 года.
Тяжелая авария на Чернобыльской атомной электростанции в 1986 году оказала значительное влияние на мировую атомную энергетику и заставила переосмыслить некоторые вопросы. Эксперты из разных стран активно обсуждали вопрос безопасности и размышляли о важности международного сотрудничества для обеспечения максимально возможной безопасности атомных электростанций.
Сегодня такие страны, как Канада, Индия, Россия, Корея, Китай, США и Финляндия, активно разрабатывают и реализуют программы по дальнейшему развитию ядерной энергетики. В настоящее время в мире ведется строительство 56 реакторов и еще 143 реактора планируется завершить к 2030 году.
Записка Капицы
С тех пор как США продемонстрировали свое новое оружие в Японии в сентябре 1945 года, ядерная энергия воспринимается в мире как разрушительная сила. Но уже в октябре 1945 года, всего через месяц после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, СССР начал работы по мирному использованию. В октябре 1945 года они начались с записки ученого Петра Капичи «О мирном применении атомной энергии», которая была рассмотрена в октябре 1945 года Техническим комитетом Первого главного управления Наркомата СССР, ведавшим всеми атомными вопросами. Эта записка в архивах не сохранилась, но о позиции Капичи известно из его письма Молотову в декабре 1945 года. «То, что происходит сейчас, когда атомная энергия рассматривается как средство уничтожения людей, так же банально и абсурдно, как если бы основное назначение электричества рассматривалось как способ построить электрический стул», — писал Капица, убежденный, что мирное применение нового источника энергии имеет большое будущее.
«То, что происходит сейчас, когда ядерная энергия рассматривается в первую очередь как средство уничтожения людей, так же тривиально и абсурдно, как если бы главной целью электричества считалась возможность построить электрический стул».
К этому времени советская наука и промышленность имели преимущество. Исследования в области ядерной физики проводились в нашей стране с 1920-х годов. В 1921 году Государственный ученый совет Наркомпроса создал радиевую лабораторию при Академии наук. В сентябре 1940 года Президиум Академии наук СССР утвердил программу работ по изучению реакций деления урана. А через два года, 28 сентября 1942 года, было подписано секретное постановление Государственного Комитета Обороны (ГКО) № 2352исс «Об организации работ по урану», предписывающее изучить возможность использования атомной энергии путем деления ядра урана и создать урановую бомбу. В 1946 году впервые в Европе в реакторе Ф-1 под руководством Игоря Курчатова была осуществлена самоподдерживающаяся цепная реакция деления урана; в 1948 году на промышленном комплексе № 817 (ПО «Маяк») был введен в эксплуатацию первый промышленный реактор А для производства плутония. А 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне было проведено успешное испытание первой отечественной атомной бомбы РДС-1. К концу 1940-х годов в СССР уже имелись заводы по добыче и переработке урана, предприятия по разделению изотопов и производство необходимых материалов: графита, карбида бора, тяжелой воды и алюминиевых сплавов.
Реактор первой в мире атомной электростанции. Обнинск, 1974 г.
Записка Курчатова
Однако научные и технические проблемы мирного использования ядерной энергии были огромны. Не было известно, что произойдет с ядерным топливом при сгорании, как поведет себя реактор в нестабильных условиях, как изменятся свойства материалов при непрерывном мощном излучении и высокой температуре. Необходимо было разработать надежные высокотемпературные тепловыделяющие элементы, системы управления и контроля для реактора, определиться с регулятором, теплоносителем и конструкцией реактора, который мог быть либо контейнерным, либо канальным.
Работа велась несколькими группами одновременно, исследовались варианты котельных электростанций с воздушным охлаждением и с бериллиевыми оксидными и графитовыми регуляторами. Также были проведены предварительные расчеты для быстрого реактора с охлаждением жидким металлом.
Объем научно-технических работ был гигантским. Не было известно, что произойдет с ядерным топливом после сгорания, как поведет себя реактор в нестабильных условиях, как изменятся свойства материалов в условиях непрерывного мощного излучения и высоких температур.
В 1949 году в своей записке «Использование тепла для электростанций» Курчатов упомянул о возможности создания специальных электростанций на атомной энергии для подводных лодок и надводных кораблей, а также электростанций с атомными котлами. Курчатов сразу же отметил, что даже при низкой стоимости урана и его эффективном использовании нельзя ожидать значительного снижения стоимости киловатт-часа электроэнергии по сравнению с угольными электростанциями. Это связано со структурой себестоимости электроэнергии, где на угольных электростанциях стоимость топлива составляет всего 40%, а остальное приходится на стоимость котлов, турбин и электрооборудования, которая существенно не меняется при смене топлива. Однако Курчатов видел в атомных электростанциях ряд незаменимых преимуществ: их можно строить в отдаленных районах без собственного топлива; в отличие от угля, топливо для АЭС можно запасать в больших количествах и хранить неограниченное время; появляется возможность реализовать мощные подземные резервные электростанции без поставок угля и дымовых труб; атомные электростанции можно частично или полностью переоборудовать для производства оружейного плутония.
Аргументы были убедительными. 16 мая 1950 года вышло постановление Совета Министров СССР «О научных, конструктивных и экспериментальных проектах по использованию атомной энергии в мирных целях» о строительстве опытной электростанции Б-10. Он должен был включать в себя одновременно три реактора: уран-графитовый с водяным охлаждением, уран-графитовый с воздушным охлаждением и уран-бериллиевый с воздушным охлаждением или жидкометаллический. Они были разработаны Курчатовской приборостроительной лабораторией № 2 (которая позже стала Курчатовским институтом), Институтом физических проблем, который тогда возглавлял Анатолий Александров, а не опальный Петр Капича, и Институтом Б под руководством Александра Липунского, который позже стал Институтом физики и механики электрической энергии его имени. Первоначально планировалось, что все три реактора будут работать попеременно с паровой турбиной и генератором мощностью 5 МВт.
Сложности инновационного выбора
Курчатов был назначен научным руководителем, а будущий ученый Николай Доллежаль — главным конструктором реактора. Основные расчеты и проектные исследования реакторов на тепловых нейтронах проводились в Лаборатории №2 и возглавляемом ими Институте химико-технических исследований. Уже в декабре 1950 года был опубликован проект реактора и теплоэлектростанции.
В результате на Обнинской АЭС появился реактор АМ-1 с водоохлаждаемым уран-графитовым канальным реактором. Аббревиатура АМ означала «морской атом», поскольку реактор изначально предназначался в качестве транспортной единицы. Однако он оказался слишком большим для этой цели, поэтому было решено использовать его в гражданских целях, а аббревиатура AM стала «мирным атомом». Решающим фактором при выборе конструкции канала стал опыт, уже накопленный при работе с подобными системами. Вода в качестве теплоносителя была выбрана также из-за ее известных свойств по сравнению, например, с жидкими металлами, поскольку она уже много лет используется в качестве рабочей среды на обычных электростанциях. Вместо стержней, используемых в промышленных реакторах, применялись урановые топливные стержни (ТВЭЛ), где стержень снаружи был окружен водой, а ТВЭЛ представлял собой двустенную трубку с обогащенным ураном между стенками и водой, протекающей по внутреннему каналу. Такая конструкция была более эффективной для теплообмена.
1 июля 1954 года газета «Правда» в своей редакционной статье сообщила, что первая промышленная атомная электростанция была введена в эксплуатацию 27 июня. До этого момента проект осуществлялся в полной тайне. Эта новость потрясла весь мир.
Проект был связан с многочисленными проблемами, как техническими, так и научными. Проект включал решение ряда технологических и материальных проблем, таких как расщепление молекул воды на кислород и водород с получением легковоспламеняющегося газа. Чтобы избежать его обогащения, для рекомбинаторов пришлось использовать 486 кг платины. Но менее чем через четыре года уникальный объект, над которым работали ведущие ученые и дизайнеры страны, был завершен. В годовщину победы над нацистской Германией, 9 мая 1954 года, состоялась загрузка активной зоны топливными каналами. С вводом 61-го топливного канала была достигнута критичность, и в 19:40 началась самоподдерживающаяся реакция. Затем оставшиеся 67 каналов были загружены в реактор. Реактор впервые работал в «холостом режиме», во время которого были измерены наиболее важные показатели: время реакции аварийных стержней, распределение нейтронных полей и резонансное поглощение нейтронов. Наиболее важные характеристики реактора, такие как топливный бассейн, время работы и распределение потока нейтронов, были подтверждены с приемлемой точностью.
Учитывая это, установка была введена в эксплуатацию в июне и до конца месяца стабильно увеличивала свою производительность без добавления пара в турбину. Тепло отбиралось в парогенераторах водой под давлением, без кипячения, и через теплообменники подавалось на стартовую площадку. На этом этапе были отрегулированы все системы управления топливным каналом и тепловыделяющими сборками, оценены энергетические параметры станции, окончательно определены условия для активации аварийной защиты и автоматически поддерживалась мощность реактора в энергетическом состоянии. 26 июня при 57% мощности реактора была открыта задвижка для подачи пара на турбогенератор, синхронизированная с сетью Мосэнерго. 1 июля 1954 года газета «Правда» на своей первой полосе сообщила, что первая промышленная атомная электростанция была введена в эксплуатацию 27 июня. До этого момента проект осуществлялся в полной тайне. Новость потрясла мир: разоренная войной страна нашла в себе силы и средства как можно быстрее приступить к использованию ядерных технологий.
Ввод в эксплуатацию
Обнинская атомная электростанция была введена в эксплуатацию Советским Союзом 27 июня 1954 года и успешно работала почти пять десятилетий, пока не была остановлена 29 апреля 2002 года.
В Обнинске, расположенном всего в ста километрах к юго-западу от Москвы, находился Физико-технический институт электроэнергетики, поэтому неудивительно, что Советский Союз выбрал это место для строительства своей первой атомной электростанции.
Но то, что сделало Обнинск первой в мире атомной электростанцией, на самом деле было задумано как тренировочный полигон для будущих экипажей атомных подводных лодок.
Обнинск действительно производил электроэнергию, но она также использовалась для исследований и испытаний.
Мощность первой АЭС
Первая в мире атомная электростанция имела только один реактор, АМ-1, мощностью 5 МВт.
Хотя первая атомная электростанция была построена в качестве эксперимента по использованию электроэнергии в коммерческих целях, можно ли использовать ядерный реактор для питания коммерческой сети? Обнинск доказал, что это возможно.
Реактором первой атомной электростанции в СССР был уран-графитовый реактор канального типа — советская модель, ставшая впоследствии «отцом» мощных реакторов РБМК.
Успех Обнинска проложил путь для строительства многих других атомных электростанций, таких как Белоярская в России и Селлафилд в Англии.
Прогресс
Первая атомная электростанция в Советском Союзе работала без проблем в течение 48 лет — невероятная история успеха, учитывая высокий уровень аварийности на многих современных атомных электростанциях по всему миру.
Несомненно, относительно небольшой размер реактора способствовал такой безопасности.
Но также важно отметить менталитет, с которым строилась Обнинская АЭС. С самого начала Обнинск был охарактеризован советской стороной как «тихоокеанский атом».
СОЗДАНИЕ ТВЭЛА
Другая важнейшая задача — разработка тепловыделяющего элемента (твэла) — была блестяще выполнена В.А. Малых и коллективом технологического отдела лаборатории «В». В разработке тепловыделяющего элемента принимали участие несколько организаций, но только вариант, предложенный В.А. Малых, показал высокие эксплуатационные характеристики. Поиск конструкции завершился в конце 1952 года разработкой нового типа топлива (с составом уран-молибденовой зерновой дисперсии в магниевой матрице).
Этот тип твэла позволял проводить испытания на разряд перед реактором (для этого в лаборатории В были установлены специальные держатели), что было очень важно для надежной работы реактора. Стабильность нового топливного стержня в потоке нейтронов была исследована в LIPAN в реакторе MR. Рабочие каналы реактора были разработаны в НИИХиммаш.
Таким образом, впервые в нашей стране была решена, пожалуй, самая важная и сложная проблема еще молодой атомной энергетики — производство тепловыделяющего элемента.
СТРОИТЕЛЬСТВО
В 1951 году, одновременно с началом исследовательских работ по реактору АМ в Лаборатории Б, на ее территории началось строительство здания атомной электростанции.
Начальником строительства был назначен П.И. Захаров, главным инженером завода — Д.М. Овечкин.
Д.И. Блохинцев вспоминал, что «здание АЭС имело в основных частях толстые стены из монолитных железобетонных блоков для обеспечения биологической защиты от ядерного излучения. В стены были встроены трубы, кабельные каналы, вентиляционные каналы и т.д. Было ясно, что изменения невозможны, поэтому при проектировании здания везде, где это возможно, были предусмотрены положения о предполагаемых изменениях. Для разработки новой техники и проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ научно-технические работы передавались на подряд «сторонним организациям» — институтам, конструкторским бюро и фирмам. Часто эта работа не могла быть завершена и совершенствовалась и дополнялась в процессе проектирования. Основные технические и конструкторские решения были разработаны проектной группой под руководством Н.А. Доллежаля и его ближайшего соратника П.И. Алещенко. «
Стиль работы по сооружению первой АЭС характеризовался быстротой принятия решений, скоростью разработки, специально проработанной глубиной первичной обработки и возможностями дополнительной обработки технических решений, широким охватом направлений вариативности и безопасности. Первая АЭС была построена в течение трех лет.
ПУСК
В начале 1954 года была начата проверка и испытание различных систем завода.
9 мая 1954 года в лаборатории B началась загрузка активной зоны реактора топливными каналами. Во время введения 61-го топливного канала в 7 часов вечера возникло критическое состояние. 40 минут. В реакторе была инициирована самоподдерживающаяся цепная реакция деления урана. Состоялся физический пуск атомной электростанции.
О перезапуске Блохинцев писал: «Постепенно мощность реактора увеличивалась, и наконец где-то возле здания ТЭЦ, в которое подавался пар из реактора, мы увидели струю, выходящую из клапана с громким шипением. Белое облако обычного пара, еще недостаточно горячего, чтобы повернуть турбину, сработало как чудо: это был первый пар, полученный с помощью ядерной энергии. Это был повод для объятий, поздравлений и даже слез радости. И.В. Курчатов, который в то время занимался этой работой, праздновал вместе с нами. После выработки пара при давлении 12 атм и температуре 260°C стало возможным исследовать все части установки в условиях, близких к тем, которые были предусмотрены проектом. 26 июня 1954 года, во время вечерней смены в 17.45, завод был запущен в эксплуатацию. 26 июня 1954 года во время вечерней смены в 17.45 открылся клапан подачи пара на турбогенератор, после чего он начал вырабатывать электроэнергию от ядерного котла. Первая в мире атомная электростанция была выведена на промышленную нагрузку.
«В Советском Союзе ученые и инженеры успешно завершили проектирование и строительство первой промышленной атомной электростанции с чистой мощностью 5 000 киловатт. 27 июня атомная электростанция была введена в эксплуатацию и обеспечила электроэнергией промышленность и сельское хозяйство в близлежащих районах.
Еще до ввода в эксплуатацию реактора AM на нем была создана первая программа экспериментальных работ, и до его закрытия он был одной из важнейших реакторных баз, где проводились исследования в области нейтронной физики, физики твердого тела, испытаний твэлов, ЭГК, производства изотопов и т.д. На АЭС проходили подготовку экипажи первых атомных подводных лодок, атомного ледокола «Ленин», персонал советских и зарубежных АЭС.
Для молодых сотрудников института ввод в эксплуатацию АЭС стал первой проверкой того, готовы ли они к решению новых и более сложных задач. В течение первых месяцев эксплуатации проводилась точная настройка отдельных блоков и систем, подробно изучались физические свойства реактора, тепловой режим оборудования и всей установки, дорабатывались и корректировались различные положения. В октябре 1954 года завод вышел на запланированную мощность.
«Лондон, 1 июля (ТАСС). Новость об открытии первой промышленной атомной электростанции в СССР была с восторгом встречена британской прессой, а московский корреспондент газеты Daily Worker написал, что это историческое событие «имеет неизмеримо большее значение, чем сброс первой атомной бомбы на Хиросиму».
Запуск первой в мире АЭС
Первая в мире атомная электростанция была введена в эксплуатацию 9 мая 1954 года и находилась в состоянии бездействия. 26 июня 1954 года она дала первую электроэнергию, и электростанция была введена в эксплуатацию. Какова была мощность первой атомной электростанции в СССР? При мощности всего 5 мегаватт, это была первая атомная электростанция с такой низкой мощностью.
Мировое сообщество с гордостью и ликованием восприняло новость о вводе в эксплуатацию первой в мире атомной электростанции. Впервые в мире человек использовал энергию атома в мирных целях, и это открывало большие перспективы и возможности для дальнейшего развития энергетической отрасли. Физики-ядерщики всего мира назвали открытие Обнинского завода началом новой эры.
Во время эксплуатации первой в мире атомной электростанции происходили многочисленные сбои, когда приборы внезапно выходили из строя, сигнализируя об аварийной остановке ядерного реактора. Интересно, что согласно инструкции, для перезапуска реактора требуется 2 часа, но работники электростанции научились перезапускать его за 15-20 минут.
Такая быстрая реакция была необходима. Реактор был сконструирован так, что его нельзя было остановить, но это была первая в мире атомная электростанция, которая использовалась в качестве экспоната, и иностранные ученые приезжали туда почти каждый день, чтобы изучить работу станции. Показать, что завод не работает, означало нарваться на крупные неприятности.
Последствия запуска первой в мире АЭС
На Женевской конференции в 1955 году советские ученые объявили, что они построили первую в мире коммерческую атомную электростанцию. После доклада аудитория аплодировала физикам стоя, несмотря на то, что аплодисменты были запрещены правилами собрания.
После ввода в эксплуатацию первой атомной электростанции начались исследования по применению ядерных реакций. Были созданы проекты атомных автомобилей и самолетов, а атомную энергию планировалось использовать для борьбы с вредителями зерна и стерилизации медицинских материалов.
Обнинская АЭС стала своего рода начальной искрой для открытия атомных электростанций во всем мире. Изучив модель, можно было спроектировать новые заводы и улучшить их работу. Кроме того, был спроектирован атомный ледокол и усовершенствована атомная подводная лодка с использованием операционных систем АЭС.
Первая атомная электростанция проработала 48 лет. В 2002 году ядерный реактор был остановлен. Сегодня на Обнинской АЭС существует специальный музей атомной энергии, который посещают как обычные студенты, так и знаменитости. Например, принц Майкл Кентский, Англия, недавно посетил Обнинскую АЭС. В 2014 году первая атомная электростанция отметила свое 60-летие.
Открытие АЭС мира
Первая атомная электростанция в СССР стала началом длинной цепи открытий новых атомных электростанций по всему миру. На новых атомных электростанциях использовались все более совершенные и мощные ядерные реакторы. Атомная электростанция мощностью 1 000 МВт стала привычным явлением в современном мире производства электроэнергии.
Это была первая в мире атомная электростанция, на которой использовался графито-водный ядерный реактор. После этого многие страны начали экспериментировать с конструкцией ядерных реакторов и изобрели новые типы.
- В 1956 году открылась первая в мире АЭС с газоохлаждаемым реактором – АЭС Калдер-холл в США.
- В 1958 году в США открыли АЭС Шиппингпорт, но уже с водо-водяным реактором.
- Первая атомная электростанция с кипящим ядерным реактором – АЭС Дрезден, открытая в США В 1960.
- В 1962 году канадцы построили атомную станцию с тяжеловодным реактором.
- А в 1973 свет узрел Шевченковскую АЭС, построенную в СССР – это первая атомная электростанция с реактором-размножителем.
Достоинства и недостатки
Преимущества атомных электростанций:
- Отсутствие вредных выбросов;
- Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной эл. станции аналогичной мощности (зола угольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения);
- Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки;
- Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;
- Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой.
Недостатки атомных электростанций:
- Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;
- Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах;
- Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая;
- Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700—800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.
Безопасность атомных электростанций
За безопасностью российских атомных электростанций следит Ростехнадзор.
Ядерная безопасность регулируется следующими документами:
- Общие положения обеспечения безопасности атомных станций. ОПБ-88/97 (ПНАЭ Г-01-011-97)
- Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций. ПБЯ РУ АС-89 (ПНАЭ Г — 1 — 024 — 90)
Радиационная безопасность регулируется следующими документами:
- Санитарные правила атомных станций. СП АС-99
- Основные правила обеспечения радиационной безопасности. ОСПОРБ-02
Перспективы
Несмотря на эти недостатки, ядерная энергия представляется наиболее перспективной. Альтернативные формы производства энергии из приливов, ветра, солнца, геотермальной энергии и т.д. в настоящее время характеризуются низким уровнем производства энергии и низкой концентрацией энергии. Более того, эти формы производства энергии создают риски для экологии и туризма («грязное» производство фотоэлектрических элементов, угроза для птиц со стороны ветряных электростанций4 5, изменение динамики волн6 ).
Академик Анатолий Александров: «Крупномасштабная ядерная энергетика стала бы величайшим благом для человечества и решила бы ряд острых проблем.
В настоящее время на международном уровне разрабатываются концепции ядерных реакторов нового поколения, таких как ГТ-МПЧ, которые повысят безопасность и эффективность атомных электростанций.
Россия начала строительство первой в мире плавучей атомной электростанции для решения проблемы нехватки электроэнергии в отдаленных прибрежных районах страны.
В США и Японии разрабатываются мини-атомные электростанции мощностью около 10-20 МВт для обеспечения теплом и электричеством отдельных промышленных предприятий, жилых комплексов и, в более отдаленной перспективе, домов. По мере уменьшения мощности завода ожидаемый масштаб производства увеличивается. Малые реакторы (см., например, атомные электростанции Hyperion) построены с использованием безопасных технологий, которые значительно снижают вероятность утечки ядерного топлива. 7
Производство водорода
Правительство США приняло Ядерно-водородную инициативу. Совместно с Южной Кореей ведется работа по созданию нового поколения ядерных реакторов, способных производить большое количество водорода. По прогнозам INEEL (Национальная инженерно-экологическая лаборатория штата Айдахо), один блок атомной электростанции следующего поколения будет производить эквивалент 750 000 литров бензина в день.
Финансирование предоставляется для исследования возможностей производства водорода на существующих атомных электростанциях.
Термоядерная энергетика
Еще более интересной, хотя и относительно отдаленной перспективой является использование энергии ядерного синтеза. По оценкам, термоядерные реакторы потребляют меньше топлива на единицу энергии, а само топливо (дейтерий, литий, гелий-3) и продукты термоядерного синтеза нерадиоактивны и поэтому экологически безопасны.
В настоящее время на юге Франции при участии России строится международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР.
Атомные электростанции с двухконтурным реактором:
Двухконтурная система используется на атомных электростанциях с реакторами ВВЭР. Принцип работы этих установок заключается в следующем: В активной зоне реактора создается давление, и в нее подается теплоноситель — вода. Она нагревается и поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает воду второго контура до температуры кипения. Излучение исходит только от первого контура, а второй контур не обладает радиоактивными свойствами. Установка состоит из генератора и одной или двух конденсационных турбин (в первом случае мощность турбины составляет 1000 мегаватт, во втором — 2 x 500 мегаватт).
Модель ВВЭР-1200, предложенная концерном «Росэнергоатом», является передовой разработкой в области двухтактных реакторов. Он был разработан на основе модификаций реактора ВВЭР-1000, введенных в эксплуатацию за рубежом в 1990-х годах и в первые годы нового тысячелетия. Новая модель улучшила все параметры своей предшественницы и оснащена дополнительными системами безопасности для снижения риска выхода радиоактивного излучения из находящегося под давлением реакторного отсека. Новая разработка имеет ряд преимуществ: ее мощность на 20 % выше, чем у предшественника, DOOM составляет до 90 %, она может работать 18 месяцев без дозаправки (обычный срок — один год), а срок ее службы составляет 60 лет.
Атомные электростанции с трехконтурным реактором:
Трехконтурная система используется на атомных электростанциях с БН («быстрыми натриевыми») реакторами. Работа этих реакторов основана на быстрых нейтронах; в качестве теплоносителя используется радиоактивный жидкий натрий. Для исключения контакта с водой в конструкции реактора предусмотрен дополнительный контур, в котором используется натрий, не обладающий радиоактивными свойствами.
Современный трехконтурный реактор БН-800, разработанный в 1980-х и 1990-х годах, закрепил лидирующие позиции России в области производства быстрых реакторов. Его главная особенность — невосприимчивость к внутренним и внешним воздействиям. Это минимизирует риск аварии, при которой расплавится активная зона и произойдет выброс плутония при переработке облученного ядерного топлива.
В этом реакторе могут использоваться различные виды топлива: обычное топливо на основе оксида урана или МОКС-топливо на основе урана и плутония. Использование последнего имеет ряд преимуществ: Во-первых, в этом случае могут быть использованы запасы плутония электростанции; во-вторых, существует возможность утилизации оружейного плутония и сжигания актинидных изотопов, содержащихся в облученном топливе тепловых реакторов, которое имеет большой срок службы.
Электрическая мощность модели составляет 880 мегаватт, а тепловая мощность — 2100 мегаватт.
Преимущества и недостатки атомных станций:
Преимущества и недостатки АЭС заключаются в следующем.
— Отсутствуют выбросы парниковых газов в атмосферу. Выбросы загрязняющих веществ происходят не только при подключении аварийных дизельных генераторов, что случается редко,
— когда есть только аварийные дизель-генераторы, когда есть только аварийные дизель-генераторы. По оценкам, атомные электростанции в Европе могут сократить выбросы углекислого газа до 700 миллионов тонн в год,
— более низкие радиоактивные выбросы по сравнению с угольными электростанциями
— Отсутствие зависимости от источников топлива, так как атомным электростанциям требуется лишь небольшое количество топлива
— высокая энергоэффективность (от 1 000 до 1 600 мегаватт на единицу) и круглосуточная работа
— Низкая стоимость производства энергии (это особенно актуально для тепловой энергии).
Недостатки атомных электростанций:
— Риск облученных тепловыделяющих элементов, переработка которых сложна и дорога,
— серьезные последствия для окружающей среды в случае чрезвычайной ситуации,
— высокие инвестиционные затраты.
Несмотря на свои недостатки, ядерная энергетика в настоящее время считается наиболее перспективным способом получения энергии.
