사업 아이디어 

원자력 발전소 주제에 관한 메시지입니다. 원자력 발전소: 작동 원리 및 설계. 원자력 발전소 건설의 역사. 원격 교육 연구소

원자력 발전소 - 단지 필요한 시스템, 전기 에너지 생산을 위한 장치, 장비 및 구조물. 이 발전소는 우라늄-235를 연료로 사용합니다. 원자로의 존재는 원자력 발전소를 다른 발전소와 구별합니다.

원자력 발전소에서는 에너지 형태의 세 가지 상호 변환이 있습니다.

원자력

더위에 빠진다

열에너지

기계적으로 들어갑니다

기계적 에너지

전기로 변환

1. 원자력이 열에너지로 바뀐다

스테이션의 기본은 원자로입니다. 원자로는 핵연료가 적재되고 제어된 연쇄 반응이 일어나는 구조적으로 할당된 공간입니다. 우라늄-235는 느린(열) 중성자에 의해 핵분열성이 있습니다. 결과적으로 엄청난 양의 열이 방출됩니다.

증기 발생기

2. 열에너지가 기계적 에너지로 바뀐다

열은 냉각수(해당 부피를 통과하는 액체 또는 기체 물질)에 의해 원자로 노심에서 제거됩니다. 이 열에너지는 증기 발생기에서 수증기를 생성하는 데 사용됩니다.

발전기

3. 기계적 에너지가 전기에너지로 변환된다

증기의 기계적 에너지는 터보 발전기로 전달되어 전기 에너지로 변환된 후 전선을 통해 소비자에게 전달됩니다.


원자력 발전소는 무엇으로 구성되어 있나요?

원자력 발전소는 주택이 밀집되어 있는 건물이다. 기술 장비. 본관은 원자로 홀이 위치한 본관입니다. 여기에는 원자로 자체, 핵연료 냉각수조, 재장전 기계(연료 재장전용)가 있으며, 이 모든 것은 제어실(제어실)에서 운영자가 모니터링합니다.


원자로의 주요 요소는 활성 구역(1)입니다. 콘크리트 샤프트에 보관되어 있습니다. 모든 원자로의 필수 구성 요소는 제어된 핵분열 연쇄 반응의 선택된 모드가 발생하도록 허용하는 제어 및 보호 시스템과 다음과 같은 경우 반응을 신속하게 중단할 수 있는 비상 보호 시스템입니다. 긴급 상황. 이 모든 것이 본관에 설치되어 있습니다.

터빈 홀(2)을 수용하는 두 번째 건물도 있습니다: 증기 발생기, 터빈 자체. 기술 체인을 따라 다음으로 역 부지를 넘어서는 커패시터와 고전압 전력선이 있습니다.

영토에는 특수 수영장에 사용후 핵연료를 재장전하고 저장하는 건물이 있습니다. 또한 스테이션에는 냉각탑(3)(상단이 가늘어지는 콘크리트 타워), 냉각 연못(천연 저수지 또는 인공적으로 만들어진 저수지) 및 스프레이 풀과 같은 재순환 냉각 시스템 요소가 장착되어 있습니다.

원자력 발전소에는 어떤 종류가 있나요?

원자로 유형에 따라 원자력 발전소에는 1개, 2개 또는 3개의 냉각수 회로가 있을 수 있습니다. 러시아에서는 VVER 유형의 원자로(수냉식 전력 원자로)를 갖춘 이중 회로 원자력 발전소가 가장 널리 퍼져 있습니다.

1회로 원자로를 갖춘 NPP

1회로 원자로를 갖춘 NPP

단일 회로 방식은 RBMK-1000 유형 원자로를 갖춘 원자력 발전소에서 사용됩니다. 원자로는 두 개의 응축 터빈과 두 개의 발전기가 있는 블록으로 작동합니다. 이 경우 비등 원자로 자체가 증기 발생기이므로 단일 회로 회로를 사용할 수 있습니다. 단일 회로 회로는 비교적 간단하지만 이 경우 방사능은 장치의 모든 요소로 확산되어 생물학적 보호가 복잡해집니다.

현재 러시아에는 단일회로 원자로를 갖춘 4개의 원자력발전소가 운영되고 있다.

2개 회로 리액터를 갖춘 NPP

2개 회로 리액터를 갖춘 NPP

이중 회로 방식은 VVER 유형의 가압수형 원자로를 갖춘 원자력 발전소에서 사용됩니다. 물은 압력 하에서 원자로 노심으로 공급되어 가열됩니다. 냉각수 에너지는 증기 발생기에서 포화 증기를 생성하는 데 사용됩니다. 두 번째 회로는 비방사성 회로입니다. 이 장치는 1000MW 응축 터빈 1개 또는 관련 발전기를 갖춘 500MW 터빈 2개로 구성됩니다.

현재 러시아에는 이중회로 원자로를 갖춘 원자력 발전소가 5개 있다.

3개 회로 원자로를 갖춘 NPP

3개 회로 원자로를 갖춘 NPP

3회로 방식은 원자로가 있는 원자력 발전소에서 사용됩니다. 빠른 중성자나트륨 냉각수 유형 BN을 사용합니다. 방사성 나트륨이 물과 접촉하는 것을 방지하기 위해 비방사성 나트륨으로 구성된 두 번째 회로가 구성됩니다. 따라서 회로는 3회로가 된다.

1. 소개 ……………………………………………………. 페이지 1

2.물리적 기초 원자력…………………2 쪽

3. 원자핵................................................................................4페이지

4. 방사능...........................................4페이지

5. 핵반응.......................................................................................... 4페이지

6. 핵분열.......................................................................... 4페이지

7. 핵연쇄반응.......................................................... 5페이지

8. 원자로 이론의 기초 ............................................................ 5페이지

9. 원자로 출력 조절의 원리……… 6 페이지

10. 원자로의 분류................................................................ 7페이지

11. 반응기 설계도................................................................9 페이지

13. 원전설비 설계................................................ 14페이지

14. 3회로 원자력발전소 설계도 ................................................................16페이지

15. 원자력 발전소의 열교환기 .............................................. Page 19

16.원자력발전소 터보기계 .............................................................. 20페이지

17. NPP 보조 장비 .............. 페이지. 20

18. 원전설비 배치도................................................................ 21페이지

19. 원자력발전소의 안전문제................................................ Page 21

20. 이동형원전……………………………페이지. 24

21. 사용된 문헌.......................................... 26페이지

소개.

원자력 발전의 최신 기술과 전망.

산업, 운송, 농업 및 유용전력 생산의 지속적인 증가가 필요합니다.

전 세계적으로 에너지 소비량은 매년 증가하고 있습니다.

예를 들어, 1952년에는 기존 단위로 5억 4천만 톤이었고, 1980년에는 이미 3억 5억 6천 7백만 톤이었습니다. 거의 28년 만에 6.6배 이상 증가했습니다. 핵연료 매장량은 화석연료 매장량보다 22배나 높다는 점에 주목해야 한다.

제5차 세계에너지총회에서는 연료비축량을 다음과 같이 추정하였다.

1. 핵연료...........................520x106

2. 석탄..........................................55.5x106

3. 기름...........................................0.37x106

4. 천연가스...........................0.22x106

5. 오일 셰일...........................0.89x106

6. 타르............................................1.5x 106

7. 이탄........................................... 0.37x10

합계 58.85x106

다양한 추정에 따르면 현재 에너지 소비 수준에서 세계 매장량은 100~400년 안에 고갈될 것입니다.

과학자들에 따르면 에너지 소비량은 1950년부터 2050년까지 7배 정도 달라질 것으로 예상됩니다. 핵연료 비축량은 훨씬 더 오랜 기간 동안 인구의 에너지 수요를 충족시킬 수 있습니다.

러시아의 풍부한 천연 자원에도 불구하고 유기 연료와 큰 강의 수력 자원(12000억 kWh) 또는 1억 3700만 kW가 있습니다. 오늘 대통령은 원자력 발전에 특별한 관심을 기울였습니다. 석탄, 석유, 가스, 셰일, 이탄은 다양한 산업의 귀중한 원자재라는 점을 고려하면 화학 산업. 석탄은 야금용 코크스를 생산하는 데 사용됩니다. 따라서 일부 산업에서는 유기 연료 매장량을 보존하는 것이 임무입니다. 세계 관행도 이러한 추세를 따릅니다.

원전에서 얻는 에너지 비용이 석탄발전소보다 낮고 수력발전소의 에너지 비용과 비슷할 것으로 예상된다는 점을 고려하면 원전 건설을 늘리는 것이 타당성이 분명해진다. 원자력 발전소가 있다는 사실에도 불구하고 위험 증가, (사고시 방사능)

모두 선진국, 유럽과 미국 모두 최근 원자력 에너지의 활용은 물론 민간 및 민간 부문 모두에서 적극적으로 건설을 늘리고 있습니다. 군용 장비이것들은 원자력 추진 선박입니다. 잠수함, 항공 모함.

민사 및 군사 방향 모두에서 손바닥은 러시아에 속하고 속합니다.

원자핵의 핵분열 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 문제를 해결하면 발전 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

원자력의 물리적 기초.

자연의 모든 물질은 작은 입자, 즉 연속적으로 움직이는 분자로 구성됩니다. 체온은 분자 운동의 결과입니다.

분자의 완전한 나머지 상태는 절대 영도에 해당합니다.

물질의 분자는 하나 이상의 화학 원소로 구성된 원자로 구성됩니다.

분자는 주어진 물질의 가장 작은 입자입니다. 복잡한 물질의 분자를 구성 부분으로 나누면 다른 물질의 원자를 얻습니다.

원자– 주어진 화학 원소의 가장 작은 입자. 원자는 자체 내부 구조를 갖고 있고 양전하를 띤 핵과 음전하를 띤 전자 껍질로 구성되어 있지만 화학적으로 더 작은 입자로 더 이상 나눌 수 없습니다.

껍질에 있는 전자의 수는 1에서 101까지입니다. 마지막 전자 수는 원소 이름이 Mendelevium입니다.

이 원소는 D.I의 이름을 따서 Mendelevium으로 명명되었습니다. 1869년에 주기율법을 발견한 멘델레예프는 모든 원소의 물리적, 화학적 성질이 원자량에 따라 달라지며 일정 기간이 지나면 유사한 물리적, 화학적 성질을 갖는 원소가 발견된다는 사실을 발견했습니다.

원자의 핵.

원자의 핵은 질량의 대부분을 포함합니다. 전자 껍질의 질량은 원자 질량의 1%에 불과합니다. 원자핵은 양전하를 띤 기본 입자-양성자로 구성된 복잡한 구조입니다. 전하입자 - 중성자.

양전하를 띤 입자인 양성자와 전기적으로 중성인 입자인 중성자를 총칭하여 핵자라고 합니다. 원자핵의 양성자와 중성자는 소위 핵력에 의해 서로 결합되어 있습니다.

핵 결합 에너지는 핵을 개별 핵자로 분리하는 데 필요한 에너지의 양입니다. 왜냐하면 핵전력화학 결합의 강도보다 수백만 배 더 크므로 핵은 강도가 분자의 원자 연결 강도를 훨씬 초과하는 화합물입니다.

수소 원자 하나에서 헬륨 1kg이 합성되면 석탄 16,000톤이 연소될 때 발생하는 열량에 해당하는 열량이 방출되고, 우라늄 1kg이 분해되면 다음과 같은 열량이 방출됩니다. 2,700톤의 석탄이 연소되는 동안 방출되는 열.

방사능.

방사능은 알파선, 베타선, 감마선 방출과 함께 한 화학 원소의 불안정한 동위원소를 다른 원소의 동위원소로 자발적으로 변환하는 능력입니다.

기본 입자(중성자, 중간자)의 변형을 방사능이라고도 합니다.

핵 반응.

핵 반응은 기본 입자 및 서로 간의 상호 작용의 결과로 원자핵이 변형되는 것입니다.

화학 반응에서는 원자의 외부 전자 껍질이 재배열되고 이러한 반응의 에너지는 전자 볼트로 측정됩니다.

핵반응에서는 원자핵이 재배열되며, 많은 경우 재배열의 결과로 한 화학 원소가 다른 화학 원소로 변환됩니다. 핵반응의 에너지는 수백만 전자 볼트로 측정됩니다.

핵분열 .

1930년 우라늄 핵분열의 발견과 실험적 확인을 통해 원자력 발전소 건설 중 에너지 생산을 포함하여 국민 경제의 다양한 분야에 무궁무진한 응용 가능성을 볼 수 있게 되었습니다.

핵 연쇄 반응.

핵 연쇄 반응은 중성자의 영향으로 중원소 원자핵의 핵분열 반응으로, 각 작용에서 중성자 수가 증가하여 결과적으로 자립 핵분열 과정이 증가합니다.

핵 연쇄 반응은 발열 반응, 즉 에너지 방출을 동반합니다.

원자로 이론의 기초.

원자력 발전용 원자로는 핵연료의 원자를 분할하여 자립적으로 제어되는 연쇄반응을 통해 핵연료로부터 열을 생산하도록 설계된 장치입니다.

원자로가 운전 중일 때 연쇄반응이 일어나는 것을 방지하기 위해 감속재를 사용하여 원자로에 감속재 요소를 자동으로 도입하여 반응을 인위적으로 소멸시킵니다. 원자로 출력을 일정한 수준으로 유지하려면 평균 핵분열 속도, 즉 중성자 증식 인자가 일정하다는 조건을 준수해야 합니다.

원자로는 중성자 증식 계수 K = 1인 활성 구역의 임계 크기를 특징으로 합니다. 핵분열 물질, 구조재, 감속재 및 냉각재의 조성을 고려하여 K = 이 최대값을 갖는 옵션이 선택됩니다.

유효 증배 인자는 흡수 및 누출로 인한 사망 사건 수에 대한 중성자 탄생 수의 비율입니다.

반사경을 사용하는 원자로는 노심의 임계 치수를 줄이고 중성자 플럭스의 분포를 고르게 하며 원자로에 장전된 핵연료 1kg당 원자로의 비출력을 증가시킵니다. 코어 크기는 복잡한 방법을 사용하여 계산됩니다.

반응기는 사이클과 반응기 유형으로 특징지어집니다.

연료주기 또는 핵연료주기는 원자로에서 연료의 일련의 순차적 변환뿐만 아니라 2차 연료와 미연소 1차 연료를 분리하기 위해 원자로에서 제거된 후 조사된 연료를 재처리하는 동안에도 발생합니다.

연료주기에 따라 원자로의 유형이 결정됩니다.

증식반응기; 고속, 중간 및 열 중성자 원자로, 고체, 액체 및 기체 연료 원자로; 동종 반응기 및 이종 반응기 및 기타.


원자로 전력 제어의 원리.

동력로는 다양한 전력 수준에서 안정적으로 작동해야 합니다. 원자로의 열 방출 수준 변화는 매우 빠르게, 그러나 전력 가속 서지 없이 원활하게 발생해야 합니다.

제어 시스템은 시동 및 정지를 포함하여 모드 변경 중에 발생하는 K 계수(반응도)의 변화를 보상하도록 설계되었습니다. 이를 위해 작동 중에 필요에 따라 흑연 막대가 코어에 도입되며 그 재료는 열 중성자를 강력하게 흡수합니다. 출력을 줄이거 나 늘리려면 지정된 막대를 각각 빼내거나 도입하여 계수 K를 조정합니다. 막대는 조절 및 보상 모두에 사용되며 일반적으로 제어 또는 보호라고 할 수 있습니다.

원자로의 분류.

원자로는 다양한 기준에 따라 분류될 수 있습니다.

1) 의도한 대로

2) 대부분의 연료핵 분열을 일으키는 중성자의 에너지 수준에 따라;

3) 중성자 감속재 종류별

4) 냉각수의 종류와 물리적 상태에 따라;

5) 핵연료의 재생산에 기초;

6) 핵연료를 감속재에 두는 원리에 따르면,

7) 핵연료의 물리적 상태에 따른다.

전기 또는 열 에너지를 생성하도록 설계된 원자로는 전력 원자로라고 하며 기술 및 이중 목적 원자로도 있습니다.

원자로는 에너지 수준에 따라 열중성자, 고속중성자, 중간중성자로 구분됩니다.

중성자 감속재 유형별: 물, 중수, 흑연, 유기, 베릴륨.

냉각수 유형별 : 물, 중수, 액체 금속, 유기, 가스.

핵연료 재생산 원리에 따르면:

순수 핵분열 동위원소. 확장 재생산(증식 원자로)을 통한 핵연료 재생(재생).

핵연료의 원리에 따르면: 이종 및 동종

분할 물질의 집합 상태 원칙에 따르면:

의 형태로 단단한, 덜 자주 액체 및 가스 형태입니다.

주요 특징으로 제한한다면 다음과 같은 원자로 유형 지정 시스템을 제안할 수 있습니다.

1. 물을 감속재로 하고 저농축 우라늄 냉각재를 사용하는 원자로(WVR-Uno) 또는 가압수형 원자로(WWR).

2. 천연우라늄을 사용하여 중수를 감속재로 하고 일반수를 냉각제로 사용하는 원자로. 명칭 : 천연우라늄중수로(TVR-Up) 또는 중수로(TVR) 중수를 사용하는 경우

냉각수는 (TTR)입니다.

3. 저농축 우라늄에 흑연을 감속재로 하고 물을 냉각제로 사용하는 원자로를 저농축 우라늄 낙서수로(GVR-Uno) 또는 낙서수형 원자로(GWR)라고 합니다.

4. 천연 우라늄(GGR-Up) 또는 흑연-가스 원자로(GGR)에 흑연을 감속재로 하고 가스를 냉각제로 사용하는 원자로

5. 냉각수 감속재로 끓는 물을 사용하는 원자로는 중수를 사용하는 동일한 원자로인 TTKR인 VVKR로 지정할 수 있습니다.

6. 흑연을 감속재로 하고 나트륨을 냉각제로 사용하는 원자로를 GNR로 지정할 수 있습니다.

7. 유기 감속재와 냉각제가 있는 반응기는 OOR로 지정될 수 있습니다.

원자력 발전소 원자로의 주요 특징

원전
원자로 특성 원자로가 켜진 상태에서 열중성자 고속 중성자로
반응기 유형 VVER RBMK RBN
냉각수 물 물 액체 Na, K, 물
중재자 물 석묵 결석한
핵연료의 종류 저농축 우라늄 저농축 우라늄 고농축 우라늄 또는 Pu-239
U-235를 이용한 핵연료 농축, % 3-4 2-3 90
냉각수 순환 회로 수 2 1 3
터빈 앞의 증기 압력, MPa 4,0-6,0 6,0-6,5 6,0-6,5
원전 효율성 ≈30% 30-33% ≈35%

반응기 설계 다이어그램.

이종 원자로의 주요 구조 구성 요소는 다음과 같습니다. 본체; 연료 요소, 감속재, 제어 및 보호 시스템으로 구성된 코어; 중성자 반사경; 열 제거 시스템; 열 보호; 생물학적 보호; 연료 요소를 적재 및 하역하는 시스템. 증식형 원자로에는 자체 열 제거 시스템을 갖춘 핵연료 재생 구역도 있습니다. 균질 원자로에는 연료 요소 대신 염 용액 또는 핵분열성 냉각제 물질 현탁액이 담긴 저장소가 있습니다.

첫 번째 유형 - 흑연이 중성자의 감속재이자 반사자인 원자로. 흑연 블록(내부 채널과 연료 요소가 배치된 평행육면체 프리즘은 일반적으로 원통형 또는 다면체 프리즘 모양의 활성 영역을 형성합니다. 흑연 블록의 채널은 노심의 전체 높이를 따라 이어집니다. 파이프가 여기에 삽입됩니다. 연료 요소를 수용하기 위한 채널 환형 슬롯을 따라 연료 요소와 가이드 파이프 사이에 냉각수가 흐릅니다. 코어 채널의 일부는 제어 및 보호 시스템 로드를 배치하는 데 사용됩니다. 중성자 반사기는 코어 주위에 위치하며, 연료 요소는 코어 벽돌과 반사 벽돌을 통과합니다.

반응기 작동 중에 흑연은 산화될 수 있는 온도까지 가열됩니다. 산화를 방지하기 위해 흑연 스택은 중성 가스(질소, 헬륨)로 채워진 밀봉된 강철 케이스에 둘러싸여 있습니다. 연료 요소 채널은 수직 및 수평으로 배치될 수 있습니다. 강철 케이스 외부에는 특수 콘크리트와 같은 생물학적 보호 장치가 배치됩니다. 케이싱과 콘크리트 사이에는 냉각 매체(공기, 물)가 순환하는 콘크리트 냉각 채널이 제공될 수 있습니다. 나트륨을 냉각수로 사용하는 경우 흑연 블록은 보호 쉘(예: 지르코늄)로 덮여 있습니다. 순환회로에서 흑연이 누출될 때 나트륨이 함침되는 것을 방지합니다. 자동 제어봉 드라이브는 이온화 챔버 또는 중성자 계수기로부터 자극을 받습니다. 가스로 채워진 이온화 챔버에서 빠르게 하전된 입자는 전위차가 적용되는 전극 사이에 전압 강하를 유발합니다. 전극 회로의 전압 강하는 가스를 이온화하는 입자의 자속 밀도 변화에 비례합니다. 붕소로 코팅된 이온화 챔버의 전극 표면은 중성자를 흡수하여 이온화를 생성하는 알파 입자의 흐름을 유발합니다. 이러한 장치에서 회로의 전류 강도 변화는 중성자 자속 밀도의 변화에 ​​비례합니다. 이온화 챔버 회로에서 발생하는 약한 전류는 전자 또는 기타 증폭기에 의해 증폭됩니다. 원자로의 중성자 플럭스가 증가함에 따라 이온화실 회로의 전류 세기가 증가하고 자동 제어 서보모터가 제어봉을 노심 속으로 적절한 깊이로 내립니다. 원자로의 중성자 플럭스가 약해지면 이온화실 회로의 전류가 감소하고 제어봉의 구동에 따라 제어봉이 자동으로 적절한 높이로 올라갑니다.

끓지 않는 물로 냉각되는 흑연-수형 원자로는 출구 수온이 상대적으로 낮고, 이로 인해 생성된 증기의 초기 매개변수가 상대적으로 낮아져 설치 효율이 낮아집니다.

원자로 노심의 증기가 과열되는 경우 설치 효율을 크게 높일 수 있습니다. 반응식 1에 따른 반응기에서 가스 또는 액체 금속을 사용하면 더 높은 증기 생산 매개변수를 얻을 수 있고 그에 따라 더 높은 설치 효율을 얻을 수 있습니다. 그래피토-물, 물-물 및 그래피토-액체금속 원자로는 농축 우라늄을 사용해야 합니다.


그림 1은 회로도 RBMK NPP.



1 그림 1

1-흑연 블록

(중재자)

2코어 원자로 구역

2. 중수가스 원자로 2호는 천연 우라늄으로 작동할 수 있습니다. 이러한 원자로의 연료 요소는 중수로 일정 수준까지 채워진 강철 또는 알루미늄 탱크에 배치됩니다. 탱크 주변에는 생물학적 보호를 위한 흑연 반사경이 있습니다. 연료 요소에는 열을 제거하는 가스 통과를 위한 내부 채널이 있습니다. 감속재 역할을 하는 중수 역시 가열되어 자체 냉각 시스템이 필요합니다. 이는 특수 펌프를 사용하여 중수를 순환시킨 후 흐르는 물과 함께 열교환기에서 냉각시키는 방식으로 이루어집니다. 이러한 원자로는 효율성이 상당히 높으며 연료 구성 요소가 상대적으로 낮고 전기 생산 비용이 저렴합니다.

연료가 천연 우라늄이기 때문에 중수의 높은 비용과 냉각과 관련된 열 손실이 단점입니다.

3. 그림 c)는 물 또는 중수가 감속재 및 냉각재(VVER) 역할을 하는 수냉식 또는 중수로를 보여줍니다.

4 그림 d)는 비등형 반응기의 설계 다이어그램에 대한 아이디어를 제공합니다. 이 유형을 사용하면 더 작은 벽 두께로 생산할 수 있으며 긍정적인 특성은 자체 조절 가능성입니다.

5. 증식 원자로는 고속 중성자에서 작동합니다. 농축 우라늄에 대해서. 이러한 유형의 원자로는 더 높은 생물학적 보호가 필요하므로 더 비싼 재료를 사용해야 합니다.

6. 천연 우라늄을 사용할 때 감속재는 농축 우라늄을 사용할 때 일반 물인 균질 원자로입니다. 여기에는 빠른 중성자를 사용하는 핵분열이 없습니다. 상대적으로 낮은 우라늄 밀도와 공명 흡수로 인해 핵분열성 동위원소를 포함하는 연료의 농축 수준이 더 높아야 합니다.

모든 원자로 설계에는 포지티브 및 부정적인 측면, 이는 원자재 공급 가능성, 환경 오염 위험, 물 공급원 및 지하수를 기반으로 특정 지역 조건과 건설의 연결을 고려하여 설계시 항상 고려해야합니다.

원자력 발전소를 설계할 때 현대적인 분석 능력에도 불구하고 복잡한 수학적 계산이 사용됩니다. 컴퓨터 기술모든 매개변수의 정확성을 보장할 수는 없습니다. 따라서 모든 계산은 실험적 검증을 통해 다시 확인됩니다.

이는 천연 우라늄 원자로의 임계 치수를 확인할 때 특히 중요합니다. 이론적인 계산에만 의존한다면 심각한 계산 오류를 범할 수 있으며, 이는 매우 비용이 많이 들고 수정하기 어려울 것입니다.


원자력 발전소를 정기적으로 재부팅하려면 매우 신중한 준비가 필요하며 일반적으로 원자로가 폐쇄될 때 수행됩니다. 왜냐하면 재부팅 계획이 특수 컨테이너를 사용하는 자동 모드에서 발생한다는 사실에도 불구하고 방사능 증가로 인해 적재 및 하역 중에 인력이 필요하기 때문입니다. 자동 모드뿐만 아니라 지속적인 냉각을 통해 모든 안전 요구 사항도 제공합니다.

용기에는 허용 가능한 배경 방사선을 제공하는 두꺼운 납 껍질이 있습니다.

NPP 장비 설계.

낙서수로.

AN NPP의 낙서수로는 전기 생산을 위해 만들어진 최초의 원자로입니다.

높이 4.6m, 직경 3m의 흑연 벽돌 중앙 부분에는 간격 120mm의 삼각형 격자를 따라 직경 65mm의 수직 구멍 157개가 있습니다. 여기에는 TVE 채널이 포함되어 있습니다. TVE 채널이 위치한 활성 구역은 직경 1.6미터, 높이 1.7미터입니다. 사방이 0.7m 두께의 흑연 반사판으로 둘러싸여 있으며, 흑연 벽돌은 하부 강판에 용접된 강철 케이싱으로 둘러싸여 있습니다. 벽돌 꼭대기는 거대한 돌로 덮여 있습니다. 주철 난로, TVE 채널 및 제어 시스템이 통과합니다. 강철 본체는 흑연을 산화로부터 보호하는 불활성 가스로 채워져 있습니다. 몸 주위에는 수층 두께 1m의 고리 모양의 방수 탱크가 있습니다. 원자로는 생물학적 보호의 외부 층 역할을 하는 3m 두께의 벽이 있는 콘크리트 샤프트에 위치합니다. 워터 쉴드에는 12개의 수직 파이프가 포함되어 있으며, 이온화 ​​챔버는 코어 높이에 위치합니다. 코어에는 128개의 TVE 채널이 있습니다. 이러한 채널의 디자인은 다음과 같습니다. 그림 2.

직경 65mm의 원통형 채널은 관형 TBE가 통과하는 5개의 구멍이 있는 흑연 부싱으로 조립됩니다. 물은 중앙 튜브를 통해 위에서 아래로 내려가고 4개의 관형 TVE를 통해 다시 올라옵니다. 우라늄은 이 튜브 외부의 1.7m 높이에 위치해 있습니다. 코어 중앙 부분에 있는 채널의 열유속은 시간당 1.8 * 106 Kcal/m2에 이릅니다.

24개의 채널은 탄화붕소 제어봉으로 채워져 있습니다. 4개의 자동 원자로 전력 제어봉이 노심 주변을 따라 위치합니다. 18개의 수동 제어봉은 주변부(12개)를 따라 노심(6개) 중앙에 위치하며 반응도 여유를 보상하는 역할을 합니다.

원자로의 비상 정지를 위한 비상봉도 있습니다. 막대의 모든 채널은 5atm의 압력에서 물로 냉각됩니다. 그리고 온도는 30도에서 60도 사이입니다. 이러한 원자로의 화력은 30MW입니다. 원자로의 총 적재량은 5% 우라늄 235를 함유한 우라늄 550kg입니다. 즉, 원자로에 적재된 우라늄 235의 양은 27.5kg입니다. 하루 우라늄 소비량은 약 30g입니다.

수수로원전(VVER)

가압수를 사용하는 수경로는 냉각재의 작동 압력을 견딜 수 있는 하우징을 가지고 있습니다(그림 3). 핵연료가 분열할 때 방출되는 열은 원자로 용기 안의 물을 가열하고, 약한 방사성을 지닌 포화 증기가 형성되어 2차 회로 증기발생기로 유입됩니다. 증기 발생기에서 약한 방사성 증기는 열을 물로 전달하여 포화 비방사성 증기를 형성하고 증기 터빈으로 보내집니다. 방사성 증기의 열이 증기발생기 2차 회로의 비방사성 물로 전달되면 RBMK에 비해 추가 열 손실이 발생하여 VVER 원자로를 갖춘 NPP의 효율이 30%로 감소합니다.

고속 중성자로를 갖춘 NPP는 3차원 설계를 가지고 있습니다. 첫 번째 회로에서 냉각수는 방사성 나트륨(또는 칼륨)이고, 두 번째는 비방사성 나트륨(또는 칼륨)이고, 세 번째는 비방사성 물입니다. 두 번째 회로의 비방사성 나트륨 열에 의한 증기 발생기. 세 번째 회로의 비방사성 포화 증기는 증기 터빈으로 들어갑니다. 고속 중성자로를 갖춘 원자력 발전소의 효율은 약 35%입니다.

1회로 2회로

예 그림 3

MCP 1 회로도 열 다이어그램

MCP1, MCP2 -

주요 순환

첫 번째 및 원자력 발전소의 펌프. 1-금속 몸체

원자로 2의 주순환펌프의 제2회로; 2개 활성 영역;

3-물; 4 증기 발생기.

다이어그램은 다음을 보여줍니다.

1. 일차적인 생물학적 보호 기능을 갖춘 원자로.

2. 2차 생물학적 보호.

3. 터빈.

4. 발전기.

5. 커패시터.

6. 순환 펌프.

7. 재생열교환기.

8. 물탱크.

9. 증기 발생기.

10. 중간 열교환기.

T – 승압 변압기.

TSN –보조 변압기.

RU HV – 고전압 개폐 장치(110kV 이상).

RU SN – 보조 개폐 장치.

나; II; III– NPP 회로.

통제된 핵연쇄반응이 일어나는 시설을 원자로라고 한다. 1 . 예를 들어 우라늄-238과 같은 핵연료가 적재됩니다. 원자로는 냉각수를 가열하는 역할을 하며 원칙적으로는 보일러입니다.

생물학적 보호 2 강력한 중성자 플럭스, 알파, 베타, 감마선 및 핵분열 파편이 내부로 침투하지 않도록 주변 공간에서 원자로의 절연체 역할을합니다. 생물학적 보호는 유지보수 인력을 위한 안전한 작업 조건을 조성하기 위한 것입니다.

터빈 3 증기 에너지를 발전기 회 전자 회전의 기계적 에너지로 변환하도록 설계되었습니다. 발전기 4 승압 변압기에 공급되는 전기 에너지를 생성합니다. 티, 여기서 전력선으로의 추가 전송을 위해 필요한 값으로 변환됩니다. 에너지의 일부는 다음에도 전달됩니다. TSN– 자신의 필요에 맞는 강압 변압기.

터빈에서 배출된 증기는 응축기로 들어갑니다. 콘덴서 5 증기를 냉각시키는 역할을 하며 응축된 증기는 순환 펌프에 의해 공급됩니다. 6 재생교환기를 통해 7 증기 발생기에 9 . 재생 교환기에서 물은 원래 값으로 냉각됩니다.

원자로에서 가열된 1차 냉각재( 나) 중간 열교환기에서 열을 방출합니다. 10 2차 회로의 냉각수( 나). 그리고 그는 차례로 작동 유체에 열을 발산합니다. H2O) 증기 발생기에서.

순환 펌프는 회로 회로의 냉각수를 이동시키고 저장소에서 응축기로 냉각수를 공급하는 역할을 합니다. 8 .

따라서 근본적으로 원자력 발전소는 화력 발전소의 경우처럼 보일러의 유기 연료가 아니라 원자로에서 핵연료를 연소할 때 작동 유체가 증기 발생기에서 열을 받는다는 점에서만 화력 발전소와 다릅니다. .

원자력 발전소의 다중 회로 설계는 방사선 안전을 보장하고 장비 유지 관리의 편의성을 제공합니다. 회로 수의 선택은 원자로 유형과 냉각수의 특성에 따라 결정되며, 이는 터빈의 작동 유체로 사용하기에 적합한지를 특징으로 합니다.

원자력 발전소의 열교환기.

원자력 발전소의 열교환기는 기존 발전소의 열교환기에 비해 특정 설계 특징과 훨씬 더 높은 비열 부하를 가지고 있습니다. 원자로 설치의 열교환기 크기를 줄이면 생물학적 보호의 크기와 무게를 줄일 수 있으며 결과적으로 원자력 발전소 건설에 대한 자본 투자도 줄일 수 있습니다.

방사성 및 부식성 매체가 흐르는 열 교환기는 상대적으로 값비싼 스테인리스 스틸로 만들어집니다. 이 강철을 절약하기 위해 가열 표면, 튜브 시트 및 열 교환기 케이싱을 최소한의 두께로 만들어 과도한 안전 여유를 피하면서 장기간 작동에 필요한 신뢰성을 보장해야 합니다.

증기 발생기 설치는 압력 32A 및 231°C의 수평 포화 증기 발생기로 구성됩니다.

온도가 275°C인 반응기의 물은 직경 750mm의 수직 매니폴드에 공급되어 튜브 패키지로 분배된 다음 냉각 회로의 원형 펌프로 이동합니다.

파이프 패키지는 2차 회로의 물 속에 잠겨지고, 튜브 사이 공간을 채우는 물은 증발하며, 생성된 증기는 증기 분리 장치를 통과한 후 수집 증기 라인을 통해 터빈으로 들어갑니다.

증기 발생기의 가열 표면은 1290m2입니다. 이는 직경 21mm, 벽 두께 1.5mm의 975개 튜브로 구성된 2개의 복도 패키지로 구성됩니다. 패키지의 튜브 피치는 36mm입니다. 파이프 패키지에는 자연 순환을 개선하는 5개의 수직 복도가 있습니다.

원자력 발전소 터보머신.

응축 증기 터빈은 원자력 발전소의 운전, 건설 및 설계에 사용됩니다.

고온 원자로를 갖춘 원자력 발전소에서는 포화 또는 약간 과열된 증기로 작동하는 특수 유형의 터빈이 사용됩니다.

터빈 하우징에는 떨어지는 습기를 포착하기 위한 특수 홈이 있습니다. 액적 수분 분리기는 원심형 또는 관성형일 수 있습니다. 증기 흐름에 따라 양방향 나사의 채널을 통과하는 수분 방울이 원심력에 의해 하우징 벽에 던져져 배수 구멍으로 흘러내립니다.

증기 흐름이 180° 회전하면 분리기 내부 파이프 입구에서도 원심력이 발생하여 수분 방울이 떨어집니다.

관성형 분리기에서는 흐름이 스트립 그리드에 닿을 때 물방울 수분이 흐름에서 분리됩니다.

보조 장비.

원자력 발전소의 보조 장비: 가스 송풍기, 펌프, 부속품, 측정 장비는 더 높은 신뢰성을 보장하고 유지 보수 없이 더 긴 서비스 수명을 보장해야 하는 특정 기능을 갖추고 있습니다. 방사성가스 누출이 없는지 확인합니다. 부식에 대한 저항력이 향상되었습니다. 씰리스 디자인의 펌프는 높은 기밀성을 보장해야 합니다.

모든 피팅은 벨로우즈 로드 씰로 제작됩니다.

모든 측정 장비에는 더 높은 정확도와 신뢰성을 제공하는 자체 설계 기능도 있습니다.

원자력 발전소 장비의 레이아웃.

장비 레이아웃의 기본 요구 사항:

1. 기술 계획의 단순성은 직선적이고 짧은 파이프라인, 수도 및 가스 본관을 보장합니다. 케이블 루트

2. 유지 관리의 편리성과 용이성, 모든 장치에 대한 편리한 접근.

3.좋은 조명.

4. 컴팩트한 유닛 배치

5. 환기는 건물 전체의 빠르고 효율적인 환기를 보장합니다.

6. 기초 강성이 향상되었습니다.

7. 장비 및 장치로 구내 오염 제거를 보장하기 위해 운송용 모바일 장치를 제공해야 합니다.

원자력 발전소의 안전 문제.

원자력 발전소에서는 안전 문제가 가장 큰 관심을 받고 있습니다. NPP 직원과 해당 영토에 인접한 지역 주민의 안전은 NPP 설계 및 건설 부지 선택에 제공된 조치 시스템을 통해 보장됩니다. 물의 최대 허용 방사능 및 수역 오염 정도는 " 위생 규칙운송, 보관, 회계 및 방사성 물질 관련 작업”은 러시아 최고 위생 검사관의 승인을 받았습니다.

이 규칙은 시간 제한을 설정합니다. 허용 수준방사능.

러시아 과학 아카데미의 원자력 발전소에 채택된 원자력 발전소의 생물학적 안전 및 방사선 모니터링 시스템은 상급 당국에 의해 엄격하게 통제됩니다.

원자력 발전소의 방사능 오염의 주요 원인은 원자로 냉각 회로에서 나오는 물과 흑연 굴뚝을 채우는 질소입니다.

대기 중으로 방출되는 공기의 활동은 아르곤의 활동에 의해 결정됩니다.

나트륨, 망간, 칼슘 및 기타 성분이 오래 지속되는 건조 잔류물이 있는 물은 허용되는 활성량에 대해 엄격하게 테스트됩니다.

슈퍼 원자로 공간의 방사성 공기는 방사능이 허용 가능한 수준으로 떨어질 때까지 일반 환기 시스템에서 희석됩니다.

방출된 방사성수는 증발을 포함한 불순물의 노출, 희석 및 정화 과정을 거쳐 특수 작업장에서 처리됩니다.

1차 순환로에서 배출되는 물은 활성도가 낮고 수명이 짧은 동위원소를 함유하고 있습니다. 숙성 및 희석 과정을 거칩니다. 보관기간은 10~15일입니다. 이 기간 동안 방사능은 허용 가능한 수준으로 감소합니다. 식수그리고 배수구로 내려갑니다. 특히, 러시아 과학 아카데미의 NPP 건물에는 한 방에서 다른 방으로 공기를 이동시키기 위한 28개의 환기 시스템이 있습니다.

방사성 가스가 원자로 홀로 침투할 수 있는 원자로 위의 공간에 특히 주의를 기울입니다. 원자로 케이싱과 물 보호막 사이의 공기는 방사성이 높기 때문에 환기되지 않으며 환경 오염을 방지하기 위해 파이프를 통해 대기로 방출되는 것이 허용되지 않습니다.

고정식 및 개인용 방사선 모니터링 시스템이 있습니다. 또한 다양한 방에서 공기를 지속적으로 채취하여 별도의 선량 측정 제어 실험실에서 방사능 테스트를 수행합니다. 모든 작업 인력은 휴대용 사진 카세트와 휴대용 선량계를 가지고 있습니다.

장비를 수리하고 서비스할 때 규정된 직원 근무 시간이 도입됩니다. 작업 시 공압복, 방독면, 장갑, 고글 및 기타 장비가 사용됩니다. 개인 보호.

장비 및 계획된 작업 현장의 예비 오염 제거가 수행됩니다.

특수 의류에서 방사능이 제거되는 것을 방지하기 위해 특수 위생 포스트가 구성됩니다.

방사능 구역을 떠날 때 직원은 보호복을 벗고 샤워를 한 후 깨끗한 옷으로 갈아입습니다.

중고 의류는 전문 세탁소로 보내지거나 파기됩니다.

방사선 관리 규칙을 위반하면 돌이킬 수 없는 결과를 초래할 수 있습니다.

세계사원자력 발전소 운영에 대해서는 캐나다와 미국에서 일어난 많은 사례가 알려져 있습니다. 프랑스, 영국. 유고슬라비아. 체르노빌 사고의 사건은 아직도 생생하다. 복잡하고 종종 심각한 결과를 초래한 모든 사례는 특정 불완전성, 때로는 원자력 발전소 운영 규칙에 대한 태만 또는 무지로 인해 발생했습니다.


문학.

1. 원자력 발전소 .............. A.A. 카나예프 1961

2. 연쇄반응로에 관한 거의 모든 것.......................................... L. Matveev 1990

3. 원자력 에너지.......................................... A.P. 알렉산드로프 1978

4. 미래의 에너지.......................................... A I. Protsenko 1985

5. 전력산업의 경제학 .............. Fomina 2005

20세기 중반에 인류 최고의 지성들은 두 가지 과제, 즉 원자폭탄을 만드는 것과 원자 에너지를 평화로운 목적으로 사용하는 방법에 대해 동시에 열심히 일했습니다. 이것이 세계 최초의 발전소가 나타난 방식입니다. 원자력 발전소의 작동 원리는 무엇입니까? 그리고 세계에서 가장 큰 발전소는 어디에 위치해 있습니까?

원자력의 역사와 특징

"에너지는 모든 것의 머리입니다"-이것이 바로 당신이 의역 할 수있는 방법입니다 유명한 속담, 21세기의 객관적 현실을 고려합니다. 새로운 차례가 올 때마다 기술적 진보인류는 점점 더 많은 것을 필요로 합니다. 오늘날 '평화원자'의 에너지는 에너지 부문뿐만 아니라 경제와 생산에서도 활발히 사용되고 있습니다.

소위 원자력 발전소(그 작동 원리는 본질적으로 매우 간단함)에서 생산된 전기는 산업, 우주 탐사, 의학 및 농업에 널리 사용됩니다.

원자력 에너지는 원자의 운동 에너지에서 열과 전기를 추출하는 중공업의 한 분야입니다.

최초의 원자력 발전소는 언제 나타났습니까? 소련 과학자들은 40년대에 그러한 발전소의 작동 원리를 연구했습니다. 그건 그렇고, 동시에 그들은 최초의 발명품도 발명했습니다. 원자 폭탄. 따라서 원자는 “평화롭고” 치명적이었습니다.

1948년에 I.V. Kurchatov는 소련 정부가 원자력 추출에 대한 직접적인 작업을 시작할 것을 제안했습니다. 2년 후 소련(칼루가 지역 오브닌스크 시)에서 지구상 최초의 원자력 발전소 건설이 시작됩니다.

모든 작동 원리는 유사하며 이해하는 것이 전혀 어렵지 않습니다. 이에 대해서는 더 자세히 논의하겠습니다.

원자력 발전소 : 작동 원리 (사진 및 설명)

모든 작업의 ​​기본은 원자핵이 분열할 때 발생하는 강력한 반응입니다. 이 과정에는 우라늄-235나 플루토늄 원자가 포함되는 경우가 가장 많습니다. 원자핵은 외부에서 들어오는 중성자에 의해 나누어집니다. 이 경우 새로운 중성자와 엄청난 운동 에너지를 가진 핵분열 파편이 나타납니다. 바로 이 에너지가 주요 에너지이고 주요 제품모든 원자력 발전소의 활동

이것이 원자력 발전소 원자로의 작동 원리를 설명하는 방법입니다. 다음 사진을 보시면 내부에서 어떤 모습인지 보실 수 있습니다.

세 가지 주요 유형이 있습니다 원자로:

  • 고전력 채널 리액터(RBMK로 약칭);
  • 가압수형 원자로(WWER);
  • 고속중성자로(BN).

이와 별도로 원자력 발전소의 작동 원리를 전체적으로 설명하는 것도 가치가 있습니다. 작동 방식은 다음 기사에서 논의됩니다.

원자력 발전소의 작동 원리(다이어그램)

다음에서 근무 특정 조건그리고 엄격하게 지정된 모드에서. (하나 이상) 외에도 원자력 발전소의 구조에는 기타 시스템, 특수 구조 및 우수한 자격을 갖춘 인력도 포함됩니다. 원자력 발전소의 작동 원리는 무엇입니까? 간략하게는 다음과 같이 설명할 수 있습니다.

모든 원자력 발전소의 주요 요소는 모든 주요 공정이 이루어지는 원자로입니다. 우리는 이전 섹션에서 원자로에서 일어나는 일에 대해 썼습니다. (대부분 우라늄임) 작은 검은색 정제 형태가 이 거대한 가마솥에 공급됩니다.

원자로에서 반응이 일어나는 동안 방출되는 에너지는 열로 변환되어 냉각수(보통 물)로 전달됩니다. 이 과정에서 냉각수에도 일정량의 방사선이 수신된다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

다음으로 냉각수의 열은 (특수 장치-열 교환기를 통해) 일반 물로 전달되어 결과적으로 끓습니다. 생성된 수증기는 터빈을 회전시킵니다. 후자에는 발전기가 연결되어 전기 에너지를 생성합니다.

따라서 작동 원리에 따르면 원자력 발전소는 동일한 화력 발전소입니다. 유일한 차이점은 증기가 생성되는 방식입니다.

원자력의 지리

원자력 에너지 생산 상위 5개 국가는 다음과 같습니다.

  1. 프랑스.
  2. 일본.
  3. 러시아.
  4. 대한민국.

동시에 미국은 연간 약 8,640억kWh를 생산하며 지구 전체 전력의 최대 20%를 생산합니다.

전 세계적으로 총 31개 주에서 원자력 발전소를 운영하고 있습니다. 지구상의 모든 대륙 중에서 오직 두 대륙(남극 대륙과 호주)만이 원자력 에너지에서 완전히 자유롭습니다.

현재 전 세계에는 388개의 원자로가 가동되고 있습니다. 사실, 그 중 45개는 1년 반 동안 전기를 생산하지 않았습니다. 대부분의 원자로는 일본과 미국에 위치해 있습니다. 그들의 전체 지리는 다음 지도에 나와 있습니다. 원자로를 운영 중인 국가는 녹색으로 표시되며, 특정 주의 총 개수도 표시됩니다.

여러 나라의 원자력 발전

2014년을 기준으로 전반적으로 원자력발전 발전은 전반적으로 감소세를 보이고 있다. 새로운 원자로 건설의 선두주자는 러시아, 인도, 중국 3개국이다. 또한, 원자력 발전소를 보유하고 있지 않은 많은 주에서는 가까운 시일 내에 원자력 발전소를 건설할 계획을 세우고 있습니다. 여기에는 카자흐스탄, 몽골, 인도네시아, 사우디아라비아 및 여러 북아프리카 국가가 포함됩니다.

반면, 많은 국가에서는 원자력 발전소 수를 점진적으로 줄이는 방향으로 나아가고 있습니다. 여기에는 독일, 벨기에, 스위스가 포함됩니다. 그리고 일부 국가(이탈리아, 오스트리아, 덴마크, 우루과이)에서는 원자력 에너지가 법으로 금지되어 있습니다.

원자력의 주요 문제점

원자력 발전은 한 가지 중요한 문제와 관련이 있습니다. 생태학적 문제. 이것이 소위 환경이다. 따라서 많은 전문가들에 따르면 원자력발전소는 같은 전력의 화력발전소보다 더 많은 열을 방출한다. 특히 위험한 것은 열수 오염으로, 이는 생물학적 유기체의 생명을 방해하고 많은 종의 물고기를 죽게 합니다.

원자력 에너지와 관련된 또 다른 시급한 문제는 일반적인 원자력 안전에 관한 것입니다. 인류는 1986년 체르노빌 참사 이후 처음으로 이 문제에 대해 진지하게 생각하게 되었습니다. 체르노빌 원전의 운전원리는 다른 원전과 크게 다르지 않았다. 그러나 이것이 그녀를 크고 심각한 사고로부터 구해주지는 못했습니다. 심각한 결과동유럽 전체를 대상으로 합니다.

더욱이, 원자력 에너지의 위험은 인재에 의한 사고에만 국한되지 않습니다. 따라서 핵폐기물 처리에 큰 문제가 발생한다.

원자력의 장점

그럼에도 불구하고 원자력 발전을 지지하는 사람들은 이렇게 외친다. 명확한 장점원자력 발전소의 가동. 이에 특히 최근 세계원자력협회는 매우 흥미로운 자료를 담은 보고서를 발표했다. 이에 따르면 원자력발전소에서 1기가와트의 전력을 생산할 때 발생하는 인명 피해는 기존 화력발전소보다 43배 적다.

그다지 중요하지 않은 다른 장점도 있습니다. 즉:

  • 저렴한 전기 생산 비용;
  • 원자력의 환경 청결성(열수 오염 제외)
  • 원자력 발전소와 대규모 연료 공급원의 엄격한 지리적 연결 부족.

결론 대신

1950년에는 세계 최초의 원자력 발전소가 건설됐다. 원자력 발전소의 작동 원리는 중성자를 이용한 원자의 핵분열이다. 이 과정의 결과로 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다.

그럴 것 같습니다, 원자력인류를 위한 탁월한 혜택입니다. 그러나 역사는 그 반대가 입증되었습니다. 특히 1986년 소련 체르노빌 원자력 발전소 사고와 2011년 일본 후쿠시마 1호 발전소 사고라는 두 가지 주요 비극은 '평화' 원자가 제기하는 위험성을 보여주었습니다. 그리고 오늘날 세계의 많은 국가에서는 원자력 에너지의 부분적 또는 심지어 완전한 포기에 대해 생각하기 시작했습니다.

가장 많은 것 중 하나 글로벌 문제인류는 에너지이다. 토목 인프라, 산업, 군대 - 이 모든 것이 필요합니다 엄청난 양전기와 많은 광물이 생산을 위해 매년 할당됩니다. 문제는 이러한 자원이 무한하지 않다는 점인데, 이제는 상황이 어느 정도 안정되더라도 미래에 대해 생각해야 합니다. 대체 청정 전기에 큰 희망이 있었지만 실습에서 알 수 있듯이 최종 결과는 원하는 것과는 거리가 멀습니다. 태양광이나 풍력 발전소의 비용은 엄청나지만 에너지 양은 미미합니다. 이것이 바로 원자력 발전소가 이제 추가 개발을 위한 가장 유망한 옵션으로 간주되는 이유입니다.

원자력 발전소의 역사

전기를 생성하기 위해 원자를 사용하는 것에 관한 첫 번째 아이디어는이를 기반으로 자체 대량 살상 무기가 만들어지기 거의 10 년 전인 20 세기 40 년대 소련에서 나타났습니다. 1948년에는 원자력 발전소의 작동 원리가 개발되었고, 동시에 세계 최초로 원자력 에너지를 이용해 장치에 전력을 공급하는 것이 가능해졌습니다. 1950년에 미국은 소규모의 건설을 완료했습니다. 원자로, 당시 지구상에서 이러한 유형의 유일한 발전소로 간주 될 수 있습니다. 사실, 그것은 실험적이었고 단지 800와트의 전력만 생산했습니다. 동시에 소련에서는 세계 최초의 본격적인 원자력 발전소의 기초가 마련되고 있었지만 시운전 후에도 여전히 산업 규모로 전기를 생산하지 못했습니다. 이 원자로는 기술을 연마하는 데 더 많이 사용되었습니다.

그 순간부터 전 세계적으로 대규모 원자력 발전소 건설이 시작되었습니다. 이 "인종"의 전통적인 지도자인 미국과 소련 외에도 최초의 원자로는 다음 국가에 나타났습니다.

  • 1956 - 영국.
  • 1959 - 프랑스.
  • 1961 - 독일.
  • 1962 - 캐나다.
  • 1964 - 스웨덴.
  • 1966 - 일본.

건설 중인 원자력 발전소의 수는 체르노빌 사고 이후 건설이 중단되기 시작하고 점차 많은 국가에서 원자력 에너지를 포기하기 시작할 때까지 지속적으로 증가했습니다. ~에 이 순간새로운 발전소는 주로 러시아와 중국에 등장하고 있다. 이전에 다른 유형의 에너지로 전환을 계획했던 일부 국가는 점차 프로그램에 복귀하고 있으며 가까운 미래에 원자력 발전소 건설이 또 다시 급증할 가능성이 있습니다. 이는 적어도 에너지 생산을 위한 다른 효과적인 옵션이 발견될 때까지 인간 발달의 필수 단계입니다.

원자력의 특징

가장 큰 장점은 엄청난 양의 에너지를 생성한다는 것입니다. 최소한의 비용오염이 거의 없는 연료. 원자력 발전소의 원자로 작동 원리는 단순한 증기 기관을 기반으로 하며 (연료 자체는 계산하지 않고) 물을 주성분으로 사용하므로 환경적 관점에서 피해가 최소화됩니다. 이러한 유형의 발전소의 잠재적 위험은 크게 과장되어 있습니다. 체르노빌 재해의 원인은 아직 확실하게 확립되지 않았으며(자세한 내용은 아래 참조) 더욱이 조사의 일환으로 수집된 모든 정보를 통해 기존 발전소를 현대화할 수 있었고 가능성이 희박한 방사선 방출 옵션도 제거할 수 있었습니다. 환경론자들은 때때로 그러한 발전소가 열 오염의 강력한 원인이라고 말하지만, 이 또한 전적으로 사실이 아닙니다. 실제로 2차 회로의 온수는 저수지로 들어가지만 대부분 이러한 목적을 위해 특별히 만들어진 인공 버전이 사용되며 다른 경우에는 이러한 온도 상승의 비율을 다른 에너지원의 오염과 비교할 수 없습니다.

연료 문제

원자력 발전소의 인기에서 최소한의 역할은 연료인 우라늄-235에 의해 수행됩니다. 동시에 엄청난 양의 에너지가 방출되는 다른 유형보다 훨씬 적은 양이 필요합니다. 원자력 발전소 원자로의 작동 원리는 막대에 배치된 특수 "정제" 형태로 이 연료를 사용하는 것과 관련이 있습니다. 사실 유일한 어려움은 이 경우바로 그런 형태를 만드는 것입니다. 그러나 최근 현재의 글로벌 매장량도 오래 지속되지 않을 것이라는 정보가 나타나기 시작했습니다. 그러나 이것은 이미 제공되었습니다. 최신 3회로 원자로는 우라늄-238을 사용하며 그 양이 많으며 연료 부족 문제는 오랫동안 사라질 것입니다.

이중회로원전의 작동원리

위에서 언급했듯이 이는 기존의 증기 엔진을 기반으로 합니다. 간단히 말해서, 원자력 발전소의 작동 원리는 1차 회로의 물을 가열하고, 다시 2차 회로의 물을 증기 상태로 가열하는 것입니다. 터빈으로 유입되어 블레이드를 회전시켜 발전기에서 전기를 생산하게 됩니다. "폐기물" 증기는 응축기로 들어가고 다시 물로 변합니다. 이는 거의 닫힌 사이클을 만듭니다. 이론적으로 이 모든 것은 단 하나의 회로를 사용하여 훨씬 더 간단하게 작동할 수 있지만 이론적으로 그 안의 물은 오염될 수 있기 때문에 실제로 안전하지 않습니다. 이는 대부분의 원자력 발전소에 대한 시스템 표준을 사용할 때 제외됩니다. 두 개의 물 순환이 서로 분리되어 있습니다.

3회로 원자력 발전소의 작동 원리

이들은 우라늄-238을 사용하는 보다 현대적인 발전소입니다. 그 매장량은 전 세계 모든 방사성 원소의 99% 이상을 차지합니다(따라서 사용 가능성이 매우 높습니다). 이러한 유형의 원자력 발전소의 작동 원리와 설계는 최대 3개의 회로와 액체 나트륨의 적극적인 사용으로 구성됩니다. 일반적으로 모든 것이 거의 동일하지만 약간의 추가 사항이 있습니다. 반응기에서 직접 가열되는 1차 회로에서 이 액체 나트륨은 다음과 같이 순환합니다. 높은 온도. 두 번째 원은 첫 번째 원에서 가열되고 동일한 액체를 사용하지만 너무 뜨겁지는 않습니다. 그런 다음 이미 세 번째 회로에서 물이 사용되며 두 번째 회로에서 증기 상태로 가열되어 터빈을 회전시킵니다. 시스템은 기술적으로 더 복잡한 것으로 밝혀졌지만 그러한 원자력 발전소는 한 번만 건설하면 남은 것은 노동의 결실을 즐기는 것뿐입니다.

체르노빌

체르노빌 원자력 발전소의 작동 원리는 다음과 같이 추정됩니다. 주된 이유재난. 공식적으로 일어난 일에는 두 가지 버전이 있습니다. 한 사람에 따르면 문제는 원자로 운영자의 부적절한 행동으로 인해 발생했습니다. 두 번째에 따르면 발전소 설계가 실패했기 때문입니다. 그러나 체르노빌 원자력 발전소의 작동 원리는 오늘날까지 제대로 작동하고 있는 이러한 유형의 다른 발전소에서도 사용되었습니다. 반복하기 거의 불가능한 일련의 사고가 발생했다는 의견이 있습니다. 여기에는 해당 지역의 작은 지진, 원자로 실험 수행, 설계 자체의 사소한 문제 등이 포함됩니다. 이 모든 것이 폭발을 일으켰습니다. 그럼에도 불구하고, 원자로의 출력이 그렇게 되어서는 안 되었을 때 원자로 출력이 급격히 증가한 이유는 아직 알려지지 않았습니다. 파괴 행위 가능성에 대한 의견도 있었지만 현재까지 입증 된 것은 없습니다.

후쿠시마

이것은 원자력 발전소와 관련된 세계적인 재난의 또 다른 예입니다. 그리고 이 경우에도 원인은 연쇄사고였다. 이 역은 일본 해안에서 흔히 발생하는 지진과 쓰나미로부터 안전하게 보호되었습니다. 이 두 가지 사건이 동시에 일어날 것이라고 상상한 사람은 거의 없었습니다. 후쿠시마 NPP 발전기의 작동 원리는 외부 소스전체 보안 단지를 운영하는 데 필요한 에너지. 사고가 발생하면 발전소 자체에서 에너지를 얻는 것이 어렵기 때문에 이는 합리적인 조치입니다. 지진과 쓰나미로 인해 모든 원천이 고장나 원자로가 녹아 재난이 발생했습니다. 현재 피해를 복구하기 위한 노력이 진행 중입니다. 전문가들에 따르면 앞으로 40년이 더 걸릴 것이라고 합니다.

모든 효율성에도 불구하고 원자력은 여전히 ​​상당히 비싼 편입니다. 왜냐하면 원자력 발전소 증기 발생기 및 기타 구성 요소의 작동 원리는 회수해야 할 막대한 건설 비용을 의미하기 때문입니다. 현재 석탄과 석유를 이용한 전기는 여전히 저렴하지만 이러한 자원은 앞으로 수십 년 안에 고갈될 것이며 앞으로 몇 년 안에 원자력 에너지는 다른 어떤 것보다 저렴해질 것입니다. 현재는 대체에너지원(풍력, 태양광 발전소) 비용은 약 20배 더 비쌉니다.

원자력 발전소의 작동 원리로 인해 그러한 발전소를 신속하게 건설할 수 없는 것으로 여겨집니다. 사실이 아닙니다. 이러한 유형의 시설을 건설하는 데는 평균 약 5년이 소요됩니다.

스테이션은 잠재적인 방사선 방출뿐만 아니라 대부분의 외부 요인으로부터도 완벽하게 보호됩니다. 예를 들어, 테러리스트들이 쌍둥이 타워 대신 원자력 발전소를 선택했다면 주변 인프라에 최소한의 피해만을 입힐 수 있었을 것이며 원자로 작동에는 어떤 영향도 미치지 않았을 것입니다.

결과

원자력 발전소의 작동 원리는 대부분의 다른 기존 발전소의 작동 원리와 실질적으로 다르지 않습니다. 증기 에너지는 모든 곳에서 사용됩니다. 수력 발전소는 흐르는 물의 압력을 사용하며, 심지어 태양 에너지로 작동하는 모델도 끓을 때까지 가열되어 터빈을 회전시키는 액체를 사용합니다. 이 규칙의 유일한 예외는 기단의 이동으로 인해 블레이드가 회전하는 풍력 발전소입니다.

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고등 전문 교육
튜멘 주립대학교
원격 교육 연구소
시험규율에 따라
RPS 및 지역 연구

주제 “원자력 발전소의 위치”

완료자: 특수학생 "금융과 신용"

1. 원자력 발전소

원자력 발전소(NPP)는 본질적으로 핵 반응의 열 에너지를 활용하는 화력 발전소입니다.

핵연료는 일반적으로 고체 형태로 사용된다. 보호 쉘로 둘러싸여 있습니다. 이러한 종류의 연료 요소를 연료봉이라고 하며 원자로 노심의 작동 채널에 설치됩니다. 핵분열 반응 중에 방출되는 열에너지는 냉각수를 사용하여 원자로 노심에서 제거되며, 냉각수는 압력 하에 각 작업 채널 또는 노심 전체를 통해 펌핑됩니다. 가장 일반적인 냉각수는 철저하게 정제된 물입니다.

수냉식 원자로는 물 또는 증기 모드에서 작동할 수 있습니다. 두 번째 경우에는 증기가 원자로 노심에서 직접 생성됩니다.

우라늄이나 플루토늄 핵분열이 일어나면 에너지가 높은 빠른 중성자가 생성됩니다. 235 U 함량이 낮은 천연 또는 저농축 우라늄에서는 고속 중성자와의 연쇄 반응이 발생하지 않습니다. 따라서 빠른 중성자는 열(느린) 중성자로 속도가 느려집니다. 원자 질량이 낮고 중성자 흡수 능력이 낮은 원소를 포함하는 물질이 감속재로 사용됩니다. 주요 감속재는 물, 중수, 흑연입니다.

현재 열 중성자 원자로가 가장 많이 개발되었습니다. 이러한 원자로는 고속 중성자로에 비해 구조적으로 더 간단하고 제어하기 쉽습니다. 그러나 유망한 방향은 핵연료인 플루토늄의 재생산을 확대한 고속 중성자로를 사용하는 것입니다. 따라서 대부분의 238 U를 사용할 수 있습니다.

현재 러시아에는 10개의 원자력 발전소가 운영되고 있으며, 그 중 31개의 발전소가 설치되어 있습니다. 총 전력(약 23,200MW)은 물-물 원자로(VVER-440, VVER-1000)와 비등 채널 물-흑연 원자로(RBMK-1000, EGP-6)의 두 그룹의 원자로로 대략 균등하게 나뉩니다. ~에 벨로야르스크 NPP세계 유일의 고속중성자발전로 BN-600이 가동 중이다.

러시아의 원자력 발전소에서는 다음과 같은 주요 유형의 원자로가 사용됩니다.

RBMK(고출력 원자로, 채널) – 열중성자 원자로, 물-흑연;

VVER(수냉식 동력로) – 열 중성자 원자로, 용기 유형;

BN– 액체 금속 나트륨 냉각제를 사용하는 고속 중성자로.

비교하기 다양한 방식원자로의 경우 우리나라와 세계에서 가장 일반적인 두 가지 유형의 장치인 VVER(수-물 에너지 원자로)와 RBMK(고전력 채널 원자로)에 중점을 둘 가치가 있습니다.

가장 근본적인 차이점은 다음과 같습니다. VVER - 압력 용기 반응기(압력은 반응기 용기에 의해 유지됨) RBMK - 채널 반응기(압력은 각 채널에서 독립적으로 유지됨) VVER에서 냉각수와 감속재는 동일한 물이며(추가 감속재는 도입되지 않음), RBMK에서는 감속재는 흑연이고 냉각수는 물입니다. VVER에서는 증기 발생기의 두 번째 본체에서 증기가 생성되고 RBMK에서는 증기가 원자로 노심(비등 원자로)에서 직접 생성되어 터빈으로 직접 이동합니다. 두 번째 회로가 없습니다. 활성 구역의 구조가 다르기 때문에 이들 원자로의 작동 매개변수도 다릅니다.

반응기의 안전을 위해 반응성 계수와 같은 매개 변수가 중요합니다. 이는 반응기의 하나 또는 다른 매개 변수의 변화가 연쇄 반응의 강도에 어떻게 영향을 미치는지 보여주는 값으로 비유적으로 표현할 수 있습니다. 이 계수가 양수이면 계수가 제공되는 매개변수가 증가하면 다른 영향이 없는 반응기의 연쇄 반응이 증가하고 결국 제어할 수 없게 되고 계단식으로 진행되는 것이 가능해집니다. 증가 - 원자로가 가속됩니다. 원자로가 가속되면 강렬한 열이 방출되어 연료 노심이 녹고 노심 하부로 용융물이 흘러 원자로 용기가 파괴되고 방사성 물질이 핵으로 방출될 수 있습니다. 환경.

VVER 원자로에서는 노심에 증기가 나타나거나 냉각수 온도가 상승하여 밀도가 감소하고 중성자가 냉각수 분자 원자와 충돌하는 횟수가 감소하고 결과적으로 중성자의 조절이 감소합니다. 그 중 그들은 모두 다른 핵과 반응하지 않고 핵 밖으로 나갑니다. 원자로가 중지됩니다.

RBMK 원자로에서는 물이 끓거나 온도가 상승하여 밀도가 감소하면 중성자 흡수 효과가 사라집니다. (이 원자로에는 이미 감속재가 있으며 증기는 물보다 중성자 흡수 계수가 훨씬 낮습니다.) 연쇄 반응이 반응기에서 발생하고 가속되어 물의 온도와 끓는점이 더욱 증가합니다.

결과적으로, 가속과 함께 원자로의 비상 작동 조건이 발생하면 VVER 원자로가 정지되고 RBMK 원자로는 강도가 증가하면서 계속 가속되어 매우 강렬한 열 방출로 이어질 수 있으며 이로 인해 용융이 발생합니다. 원자로 코어. 이 결과는 매우 위험합니다. 왜냐하면 용융된 지르코늄 껍질이 물과 접촉하면 수소와 산소로 분해되어 폭발성이 매우 높은 폭발성 가스를 형성하고 폭발로 인해 필연적으로 코어가 파괴되고 방사성 연료와 흑연이 환경으로 방출되기 때문입니다. 체르노빌 원자력 발전소 사고 중에 사건이 발생한 것은 바로 이 경로를 따라였습니다.

요약하자면, RBMK 원자로는 연료 농축이 덜 필요하며 더 나은 기회핵분열성 물질(플루토늄) 생산의 경우 지속적인 작동 주기를 갖지만 작동 시 잠재적으로 더 위험합니다. 이러한 위험의 정도는 비상 보호 시스템의 품질과 운영 인력의 자격에 따라 달라집니다. 또한 2차 회로가 없기 때문에 RBMK는 작동 중 대기로 더 높은 방사선을 방출합니다.

NPP 다이어그램. 기술 시스템 원전원자로 유형, 냉각재 및 감속재 유형, 기타 여러 요인에 따라 달라집니다. 회로는 단일 회로, 이중 회로 및 3회로일 수 있습니다. 그림 1은 예를 보여줍니다(1 – 원자로, 2 – 증기 발생기, 3 – 터빈, 4 – 변압기, 5 – 발전기, 6 – 터빈 응축기, 7 – 응축수(공급) 펌프, 8 – 주 순환 펌프

VVER형 원자로를 갖춘 발전소용 원자력 발전소의 이중 회로도.

원자력 발전소는 열역학적 부품과 전기 부품 모두에서 블록 원리에 따라 건설됩니다.

핵연료는 발열량이 매우 높기 때문에(235U 1kg이 석탄 2,900톤을 대체함) 원전특히 러시아의 유럽 지역과 같이 연료 자원이 부족한 지역에서 효과적입니다.

열과 전기를 생성하고 핵연료를 재생산하는 데 사용할 수 있는 고속 중성자로를 갖춘 원자력 발전소가 유망합니다.

원자력을 이용하면 에너지 자원의 확장이 가능해진다. 따라서 화석 연료 자원 보존에 기여하고, 연료 공급원에서 멀리 떨어진 지역에서 특히 중요한 전기 에너지 비용을 절감하고, 대기 오염을 줄이고, 연료 운송과 관련된 운송을 완화하고, 새로운 기술을 사용하는 산업에 전기와 열을 공급하는 데 도움을 줍니다. 기술(예: 해수 담수화 및 담수 자원 확대)

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