NPP: dal passato al presente
Una centrale nucleare è un'impresa che è una combinazione di attrezzature e strutture per la generazione di energia elettrica. La specificità di questa installazione sta nel metodo di ottenere calore. La temperatura richiesta per generare elettricità sorge nel processo del decadimento degli atomi.
Il ruolo del combustibile per le centrali nucleari è svolto più spesso dall'uranio con un numero di massa di 235 (235U). Proprio perché questo elemento radioattivo è in grado di sostenere una reazione nucleare a catena, viene utilizzato nelle centrali nucleari e viene anche utilizzato nelle armi nucleari.
Paesi con il maggior numero di centrali nucleari
Oggi, ci sono 192 centrali nucleari che operano in 31 paesi del mondo, utilizzando 451 reattori nucleari con una capacità totale di 394 GW. La grande maggioranza delle centrali nucleari si trova in Europa, Nord America, Asia dell'Estremo Oriente e nel territorio dell'ex Unione Sovietica, mentre in Africa non ce ne sono quasi nessuna, e in Australia e Oceania non ce ne sono affatto. Altri 41 reattori non hanno prodotto elettricità da 1,5 a 20 anni e 40 di questi sono in Giappone.
Negli ultimi 10 anni, sono state commissionate 47 unità di potenza nel mondo, quasi tutte situate in Asia (26 in Cina) o nell'Europa orientale. Due terzi dei reattori attualmente in costruzione sono in Cina, India e Russia. La Cina sta attuando il programma più ambizioso per la costruzione di nuove centrali nucleari, circa una dozzina di altri paesi in tutto il mondo stanno costruendo centrali nucleari o stanno sviluppando progetti per la loro costruzione.
Oltre agli Stati Uniti, l'elenco dei paesi più avanzati nel campo dell'energia nucleare comprende:
- Francia;
- Giappone;
- Russia;
- Corea del Sud.
Nel 2007, la Russia ha iniziato a costruire la prima centrale nucleare galleggiante del mondo, permettendole di risolvere il problema della carenza di energia nelle aree costiere remote del paese.[12]. La costruzione ha dovuto affrontare ritardi. Secondo varie stime, la prima centrale nucleare galleggiante funzionerà nel 2018-2019.
Diversi paesi, tra cui Stati Uniti, Giappone, Corea del Sud, Russia, Argentina, stanno sviluppando centrali mini-nucleari con una capacità di circa 10-20 MW ai fini del riscaldamento e dell'approvvigionamento energetico delle singole industrie, complessi residenziali e, in futuro, delle singole case. Si presume che i reattori di piccole dimensioni (si veda, ad esempio, Hyperion NPP) possano essere creati utilizzando tecnologie sicure che riducono ripetutamente la possibilità di perdite di materia nucleare[13]. La costruzione di un reattore CAREM25 di piccole dimensioni è in corso in Argentina. La prima esperienza di utilizzo di centrali mini-nucleari è stata acquisita dall'URSS (Bilibino NPP).
Il principio di funzionamento delle centrali nucleari
Il principio di funzionamento di una centrale nucleare è basato sul funzionamento di un reattore nucleare (a volte chiamato atomico) - un design speciale in cui la scissione degli atomi avviene con il rilascio di energia.
Esistono diversi tipi di reattori nucleari:
- PHWR (noto anche come "reattore ad acqua pesante pressurizzato") viene utilizzato principalmente in Canada e nelle città indiane. È basato sull'acqua, la cui formula è D2O. Svolge la funzione di moderatore di liquido refrigerante e neutronico. L'efficienza è vicina al 29%;
- VVER (reattore di potenza raffreddato ad acqua). Al momento, i WWER sono gestiti solo nella CSI, in particolare, il modello VVER-100. Il reattore ha un'efficienza del 33%;
- GCR, AGR (acqua di grafite). Il liquido contenuto in tale reattore agisce da refrigerante. In questo progetto, il moderatore di neutroni è grafite, da cui il nome. L'efficienza è di circa il 40%.
Secondo il principio del dispositivo, i reattori sono anche divisi in:
- PWR (reattore ad acqua pressurizzata) - è progettato in modo che l'acqua sotto una certa pressione rallenti la reazione e fornisca calore;
- BWR (progettato in modo tale che vapore e acqua siano nella parte principale del dispositivo senza un circuito idraulico);
- RBMK (reattore di canale con una capacità particolarmente grande);
- BN (il sistema funziona grazie al rapido scambio di neutroni).
La struttura e la struttura di una centrale nucleare. Come funziona una centrale nucleare?
Una tipica centrale nucleare è costituita da blocchi, all'interno dei quali sono collocati vari dispositivi tecnici. La più significativa di queste unità è il complesso con una sala reattori, che garantisce l'operabilità dell'intera NPP. Consiste dei seguenti dispositivi:
- reattore;
- bacino (è immagazzinato in esso combustibile nucleare);
- macchine di caricamento del combustibile;
- Sala di controllo (pannello di controllo in blocchi, con l'aiuto di esso gli operatori possono osservare il processo di fissione nucleare).
Questo edificio è seguito da una sala. È dotato di generatori di vapore ed è la turbina principale. Immediatamente dietro di loro ci sono i condensatori, così come le linee di trasmissione dell'elettricità che si estendono oltre i confini del territorio.
Tra le altre cose, c'è un'unità con piscine per combustibile esaurito e unità speciali progettate per il raffreddamento (sono chiamate torri di raffreddamento). Inoltre, le piscine spray e i serbatoi naturali vengono utilizzati per il raffreddamento.
Il principio di funzionamento delle centrali nucleari
A tutte le centrali nucleari senza eccezioni, ci sono 3 fasi di conversione dell'energia elettrica:
- nucleare con la transizione al calore;
- termico, trasformandolo in meccanico;
- meccanico, convertito in elettrico.
L'uranio abbandona i neutroni, provocando il rilascio di calore in grandi quantità. L'acqua calda proveniente dal reattore viene pompata attraverso le pompe attraverso un generatore di vapore, dove emette un po 'di calore e ritorna al reattore. Poiché quest'acqua è sotto alta pressione, rimane allo stato liquido (nei moderni reattori VVER circa 160 atmosfere a ~ 330 ° C[7]). Nel generatore di vapore, questo calore viene trasferito all'acqua del circuito secondario, che è sotto pressione molto più bassa (metà della pressione del circuito primario e meno), quindi bolle. Il vapore risultante entra nella turbina a vapore, che fa ruotare il generatore, e quindi nel condensatore, dove il vapore viene raffreddato, si condensa e di nuovo entra nel generatore di vapore. Il condensatore viene raffreddato con acqua proveniente da una fonte di acqua esterna aperta (ad esempio, un laghetto di raffreddamento).
Sia il primo che il secondo circuito sono chiusi, il che riduce la probabilità di perdita di radiazioni. Le dimensioni delle strutture del circuito primario sono ridotte al minimo, il che riduce anche i rischi di radiazioni. La turbina a vapore e il condensatore non interagiscono con l'acqua del circuito primario, il che facilita le riparazioni e riduce la quantità di rifiuti radioattivi durante lo smantellamento della stazione.
Meccanismi di protezione NPP
Tutte le centrali nucleari sono necessariamente dotate di sistemi di sicurezza integrati, ad esempio:
- localizzazione - limitare la diffusione di sostanze nocive in caso di incidente con conseguente emissione di radiazioni;
- fornire - serve una certa quantità di energia per il funzionamento stabile dei sistemi;
- manager - servono a garantire che tutti i sistemi di protezione funzionino normalmente.
Inoltre, il reattore potrebbe bloccarsi in caso di emergenza. In questo caso, la protezione automatica interromperà le reazioni a catena se la temperatura nel reattore continua ad aumentare. Questa misura richiederà in seguito un serio lavoro di restauro per riportare in funzione il reattore.
Dopo che il pericoloso incidente si è verificato alla centrale nucleare di Chernobyl, la cui causa si è rivelata una progettazione imperfetta del reattore, hanno iniziato a prestare maggiore attenzione alle misure di protezione e hanno anche svolto attività di progettazione per garantire una maggiore affidabilità dei reattori.
La catastrofe del XXI secolo e le sue conseguenze
Nel marzo 2011, il nord-est del Giappone è stato colpito da un terremoto che ha provocato uno tsunami che ha danneggiato 4 dei 6 reattori della centrale nucleare di Fukushima-1.
Meno di due anni dopo la tragedia, il bilancio ufficiale delle vittime nell'incidente ha superato quota 1.500, mentre 20.000 rimangono ancora dispersi e altri 300.000 residenti sono stati costretti a lasciare le loro case.
C'erano vittime che non erano in grado di lasciare la scena a causa dell'enorme dose di radiazioni. Per loro è stata organizzata un'evacuazione immediata della durata di 2 giorni.
Tuttavia, ogni anno i metodi di prevenzione degli incidenti nelle centrali nucleari, nonché la neutralizzazione delle situazioni di emergenza stanno migliorando - la scienza sta progredendo costantemente. Ciononostante, il futuro diventerà chiaramente il periodo di massimo splendore di modi alternativi per generare elettricità - in particolare, è logico attendersi l'emergere di celle solari orbitali giganti nei prossimi 10 anni, il che è abbastanza fattibile in condizioni di assenza di peso, così come altre tecnologie, comprese le tecnologie energetiche rivoluzionarie.
