Atomelektrostacija ir rūpnieciska iestāde, kas ražo elektroenerģiju, izmantojot kodolenerģiju, kas tiek atbrīvota kā siltumenerģija kodola skaldīšanas ķēdes reakcijas laikā reaktora traukā. Daudzi cilvēki nezina, kā darbojas atomelektrostacija.
Šī iemesla dēļ mēs jums pastāstīsim sīkāk kā atomelektrostacija darbojas no iekšpuses.
Atomelektrostacijas galvenie elementi
Kodolreaktors ir spēkstacijas galvenais elements, jo tas satur kodoldegvielu (parasti urānu) un ir aprīkots ar sistēmām, kas ļauj uzsākt, uzturēt un kontrolēti pārtraukt kodolreakciju. Atomelektrostacijas darbība ir līdzīga tradicionālās termoelektrostacijas darbībai, kurā siltumenerģija tiek iegūta, sadedzinot fosilo kurināmo. Turpretim kodolreaktors iegūst siltumenerģiju no kodola skaldīšanas ķēdes reakcijām, kas notiek kodoldegvielā esošajos urāna atomos.
Radītā siltumenerģija tiek izmantota ūdens sildīšanai, līdz tas sasniedz iztvaikošanas punktu, augstā spiedienā un temperatūrā kļūstot par tvaiku. Šis tvaiks Tas darbina turbīnu, kas savienota ar ģeneratoru, kas pārvērš mehānisko enerģiju, ko rada turbīnas rotācija, elektroenerģijā.
Lai gan ir vairāki kodolreaktoru veidi, izceļas divas īpašas konstrukcijas, kas kopā veido vairāk nekā 80% no gandrīz 450 ekspluatācijas vienībām visā pasaulē: spiediena ūdens reaktors (PWR) un spiediena ūdens viršanas temperatūras reaktors (BWR).
Spiediena ūdens reaktora (PWR) darbība
Ir svarīgi atzīmēt, ka kodola skaldīšanas laikā smago atomu kodoli, kurus skar neitroni, sadalās mazākos, vieglākos kodolos. Šis process atbrīvo enerģiju, kas saista protonus un neitronus, un rezultātā izdalās divi vai trīs neitroni. Šie neitroni emitēja Tie spēj izraisīt papildu skaldīšanu, mijiedarbojoties ar citiem smagajiem kodoliem, kas savukārt atbrīvos vairāk neitronu, saglabājot ciklu. Šis kaskādes efekts ir pazīstams kā kodola skaldīšanas ķēdes reakcija.
Atomelektrostacijas darbību var apkopot šādos posmos:
- Kodolreaktorā, Urānam tiek veikta skaldīšanās, kas rada ievērojamu enerģijas daudzumu, kas silda augstspiediena dzesēšanas ūdeni, kas cirkulē caur sistēmu. Pēc tam šis uzsildīts ūdens caur primāro ķēdi tiek transportēts uz siltummaini, kas pazīstams kā tvaika ģenerators, kur tas atvieglo ūdens tvaiku veidošanos.
- Turbīnas-ģeneratora bloks saņem tvaiku caur sekundāro ķēdi. Pēc ierašanās tvaiks rotē turbīnas lāpstiņas. Šī turbīnas vārpstas rotācija pēc tam darbina ģeneratoru, pārvēršot mehānisko enerģiju elektroenerģijā.
- Kad ūdens tvaiki ir izgājuši cauri turbīnai, tie nonāk kondensatorā, kur tie atdziest un tiek pārveidoti atpakaļ šķidrā ūdenī.
- Pēc tam ūdens tiek atgriezts tvaika ģeneratorā, lai atkal radītu tvaiku, darbojoties slēgtā kontūrā.
Atomelektrostacijas galvenās sastāvdaļas
Mēs jau iepriekš teicām, ka kodolreaktors ir iekārta, kas paredzēta, lai kontrolētā veidā uzsāktu, uzturētu un izbeigtu skaldīšanas ķēdes reakcijas un kas aprīkota ar nepieciešamajiem mehānismiem, lai iegūtu saražoto siltumu. Reaktors ir spēkstacijas galvenais elements un darbojas kā vieta, kur tiek uzglabāta kodoldegviela.
Atomelektrostacijas galvenie elementi ir:
- Degviela: Tas ir materiāls, kurā notiek skaldīšanas reakcijas, kurās parasti izmanto bagātinātu urāna dioksīdu. Šai vielai ir divkārša funkcija: tā darbojas kā enerģijas avots un kā neitronu piegādātājs, kas nepieciešams ķēdes reakcijas uzturēšanai. Tas tiek piegādāts cietā veidā, kas sastāv no cilindriskām tabletēm, kas ietītas apmēram četrus metrus garos metāla stieņos.
- Moderators: Viela, kas samazina skaldīšanas laikā radušos ātro neitronu ātrumu, tādējādi veicinot papildu skaldīšanu un saglabājot ķēdes reakciju.
- Aukstumaģents: Tas ir tas pats ūdens, kas darbojas kā moderators un tiek izmantots, lai noņemtu siltumu, ko rada skaldīšanas reakcija, kas notiek urāna degvielā.
- Vadības joslas: Tie ir reaktora vadības komponenti un darbojas kā neitronu absorbētāji. Šie stieņi, kas sastāv no bora karbīda vai indija-kadmija, ļauj nepārtraukti pārvaldīt neitronu populāciju, nodrošinot reaktora stabilitāti un vajadzības gadījumā atvieglojot tā izslēgšanu.
- Bruņas: Tas kalpo, lai kavētu starojuma un neitronu izplūšanu no reaktora uz ārējo vidi. Parasti šim nolūkam tiek izmantoti tādi materiāli kā betons, tērauds vai svins.
- Drošības funkcijas: Katrs kodolobjekts ir aprīkots ar daudzām drošības sistēmām, kas paredzētas, lai novērstu radioaktivitātes nokļūšanu vidē, tostarp norobežojuma struktūrā.
- Spiediena regulators: Tā ir svarīga primārās dzesēšanas ķēdes sastāvdaļa. Šis regulators piesātinājuma apstākļos uztur līdzsvaru starp šķidruma un tvaika fāzēm, lai efektīvi pārvaldītu spiedienu reaktora iekšpusē.
- Reaktora tvertne: Tas aptver kodolreaktoru, kur notiek skaldīšanas ķēdes reakcija. Šī kuģa serdi veido degvielas elementi.
- Tvaika ģeneratori: Tie darbojas kā siltummaiņi, kuros primārā kontūra dzesēšanas ūdens plūst pa apgrieztām U veida caurulēm un nodod savu siltumenerģiju sekundārā kontūra ūdenim, tādējādi pārvēršot to ūdens tvaikos.
- Ierobežojošā ēka: Tieši korpuss satur reaktora dzesēšanas sistēmu kopā ar vairākām palīgsistēmām un darbojas kā aizsargbarjera normālas darbības laikā, efektīvi novēršot piesārņojošo vielu nokļūšanu ārējā vidē. Kopā ar citām drošības sistēmām tai ir izšķiroša nozīme, lai avārijas gadījumā novērstu iespējamu skaldīšanās produktu izplūdi atmosfērā.
- Turbīna: Iekārta ir paredzēta ūdens tvaiku uztveršanai no tvaika ģeneratoriem, pārvēršot to enerģiju rotācijas mehāniskajā enerģijā caur asmeņiem. Vairākas sekcijas ir paredzētas tvaika izplešanai. Vārpsta ir droši piestiprināta pie ģeneratora vārpstas.
- Ģenerators: Ierīce, kas ražo elektroenerģiju, pārveidojot turbīnas rotācijas mehānisko enerģiju vidēja sprieguma un augstas intensitātes elektroenerģijā.
- Transformators: Ierīce, kas paredzēta ģeneratora saražotās elektroenerģijas sprieguma paaugstināšanai, lai samazinātu zudumus tās pārvades laikā uz patēriņa punktiem.
- Dzesēšanas ūdens: Ūdens no upes, ūdenskrātuves vai jūras kalpo ūdens tvaiku kondensēšanai kondensatorā. Šo ūdeni var tieši atgriezt atpakaļ tā sākotnējā avotā, kas pazīstams kā atvērtā cilpa, vai pārstrādāt caur dzesēšanas torni slēgtā cikla sistēmā.
- Dzesēšanas torņi: Tie veicina elektroenerģijas ražošanas laikā radušās atlikušā siltuma daļas izkliedi atmosfērā, kalpojot par aukstuma avotu. Šo sistēmu izmanto, lai atdzesētu ūdeni, kas cirkulē caur kondensatoru, kas ir iekārtas papildu dzesēšanas ķēdes neatņemama sastāvdaļa.
- Kondensators: Siltummainis sastāv no vairākām caurulēm, kas atvieglo dzesēšanas ūdens cirkulāciju. Iztvaicētais ūdens, kas no turbīnas nonāk kondensatorā, tiek pakļauts sašķidrināšanas procesam, pārejot šķidrā fāzē. Šis process rada vakuumu, kas uzlabo turbīnas darbības efektivitāti.
Es ceru, ka ar šo informāciju jūs varat uzzināt vairāk par atomelektrostacijas darbību no iekšpuses.