Незважаючи на те, що довгі роки не вщухають суперечки навколо атомних електростанцій, більшість людей мало уявляють собі, що це взагалі за звір, хоча напевно знають якусь легенду про АЕС. У статті я спробую в загальних рисах розповісти, як це все працює. Якихось таємниць і викриттів чекати не варто, але, сподіваюся, хто-небудь дізнається для себе щось новеньке.
У статті буде описуються реактори типу ВВЕР (водо-водяні енергетичні реактори), як найпоширеніші.
Принцип роботи
В активну зону реактора завантажено тепловиділяючі збірки, що складаються з пучка цирконієвих тепловиділяючих елементів (ТВЕЛів), заповнених таблетками двоокису урану. тепловиділяючі збірки в натуральну величину ядра урану діляться з утворенням нейтронів (2 або 3 нейтрона), які, потрапляючи в інші ядра, також можуть викликати їх поділ. Так виникає ланцюгова ядерна реакція. При цьому відношення числа нейтронів, що утворилися до числа нейтронів на попередньому кроці ділення називається коефіцієнтом розмноження нейтронів k. Якщо k <1, реакція загасає. При к = 1 йде самопідтримується ланцюгова ядерна реакція. Коли k> 1, реакція прискорюється, аж до ядерного вибуху. В ядерних реакторах підтримується керована ланцюгова ядерна реакція, утримуючи k близькою до одиниці. Реактор із завантаженими тепловиділяючими збірками В ході протікання ланцюгової реакції виділяється велика кількість енергії у вигляді тепла, яке нагріває теплоносій першого контуру – воду, яка подається знизу в активну зону реактора за допомогою головних циркуляційних насосів (ГЦН). Нагріваючись до температури 322 ° С вода надходить в парогенератор (теплообмінник), де, пройшовши по тисячам теплообмінних трубок і віддавши частину тепла воді другого контуру, знову надходить в активну зону. Так як тиск другого контура нижче, вода в парогенераторі закипає, утворюючи пар з температурою 274 ° С, який надходить на турбіну. Поступаючи в циліндр високого тиску, а потім в три циліндра низького тиску, пар розкручує турбіну, яка, в свою чергу, обертає генератор, виробляючи електрику. Відпрацьований пар надходить в конденсатор, в якому він, як неважко здогадатися, конденсується за допомогою холодної води зі ставка-охолоджувача або градирні і знову повертається в парогенератор за допомогою живильних насосів.
Турбінне відділення і сама турбіна складна двоконтурна система створена для того, щоб захистити обладнання (турбіна, конденсатор), а також навколишнє середовище від попадання радіоактивних частинок з першого контуру, поява яких можливо через корозію устаткування, наведеної радіоактивності, а також розгерметизації оболонок ТВЕЛів. Бризгательний басейн охолодження резервних дизельних генераторів і систем кондиціонування Управління блоками здійснюється з блочного щита управління, який зазвичай заворожує простого обивателя безліччю «вогників, крутилок і кнопочок». Розташований він у реакторному відділенні, але в «чистій зоні» і на ньому постійно знаходяться: провідний інженер з управління реактором, провідний інженер з управління турбінами, провідний інженер з управління блоком і начальник зміни блока. Навколо атомної станції організується зона спостереження (та сама тридцатикилометровая зона), в якій ведеться постійний моніторинг радіаційної обстановки. Також існує санітарно-захисна зона радіусом 3 км (залежить від проектної потужності АЕС), в якій заборонено проживання людей, а також обмежена сільськогосподарська діяльність. Внутрішня територія АЕС розділена на дві зони: зона вільного доступу (чиста зона), де вплив радіаційних факторів на персонал практично виключено, і зону контрольованого доступу (ЗКД), де можливий вплив радіації на персонал. Доступ в ЗКД дозволений далеко не всім і можливий тільки через приміщення санпропускника, після процедури переодягання в спец. одяг і отримання індивідуального дозиметра.
Доступ в гермооболонку, в якій розташовані сам реактор і обладнання першого контуру, при роботі реактора на потужності взагалі заборонений і можливий лише у виняткових випадках. Одержувані дози працівників АЕС строго фіксуються і нормуються, хоча фактичне опромінення при нормальній роботі реактора в сотні разів менше граничних доз. Дозиметричний контроль на виході з ЗКД
Викиди
Напевно, найбільше число чуток і домислів ходять навколо викидів атомних станцій. Викиди дійсно є і відбуваються вони, в основному, через вентиляційні труби – це ті самі труби, які стоять біля кожного енергоблоку і ніколи не димлять. Здебільшого, в атмосферу потрапляють інертні радіоактивні гази – ксенон, криптон і аргон.
Але перед скиданням в атмосферу повітря з приміщень АЕС проходить систему складних фільтрів, де видаляється більшість радіонуклідів. Короткоживучі ізотопи розпадаються ще до того, як гази досягнуть верху труби, ще більше знижуючи радіоактивність. У підсумку, вклад в природний радіаційний фон газоаерозольних викидів АЕС в атмосферу незначний і ними взагалі можна знехтувати. Тому атомна енергія є однією з найчистіших, в порівнянні з іншими електростанціями. У кожному разі, всі радіоактивні викиди атомних станцій строго контролюються екологами і розробляються способи подальшого їх зниження.
Безпека
Всі системи атомної станції проектуються і працюють з урахуванням численних принципів безпеки. Наприклад, концепція глибоко ешелонованої захисту передбачає наявність декількох бар’єрів на шляху поширення іонізуючого випромінювання і радіоактивних речовин у навколишнє середовище. Дуже схоже на принцип Кащея Безсмертного: паливо згруповано в таблетки, які знаходяться в цирконієвих ТВЕЛах, які поміщені в сталевий корпус реактора, який поміщений в залізобетонну гермооболонку. Таким чином, руйнування одного з бар’єрів компенсується наступним. Робиться все, щоб за будь-якої аварії радіоактивні речовини не вийшли за межі зони контрольованого доступу. Також, всі системи мають дво- і триразове резервування, відповідно до принципу одиничної відмови, за яким система повинна безперебійно виконувати свої функції навіть при відмові будь-якого її елемента. Разом з цим застосовується принцип різноманітності, тобто використання систем, що мають різні принципи роботи. Наприклад, при спрацьовуванні аварійного захисту в активну зону реактора падають стрижні-поглиначі і в теплоносій першого контуру додатково впорскується борна кислота. Енергоблоки регулярно виводяться в планово-попереджувальні ремонти (ППР), в періоди яких відбувається перевантаження палива, а також проводиться діагностика, ремонт і заміна обладнання, модернізація обладнання.
Один раз в чотири роки працюючий енергоблок виводиться в капітальний ППР з повним вивантаженням ядерного палива з активної зони реактора, обстеженням і випробуванням внутрішньокорпусних пристроїв, а також випробування корпусу реактора на міцність. На роботу деяких систем безпеки можна подивитися на інтерактивній презентації з сайту Росенергоатому . А можна віртуально побродити по Балаковської АЕС.