Особенности характеристики ядерных технологических циклов. Технологический цикл АЭС. Виды и устройства реакторов.

Введение

Энергия необходима для устойчивого экономического роста и улучшения благосо-стояния людей. Перспективы атомной энергии стали предметом широкого распространения ещё в начале XX века. Открытие радиоактивности в 1896 году создало возможности для ис-следования структуры атома, что обеспечило вероятность того, что энергия, содержащаяся в атоме, может когда-нибудь высвободиться и использоваться на практике. Это дало большие надежды на дешёвую электроэнергию, но в тоже время вызвало опасения по поводу атомной бомбы.
Благодаря ядерной энергии, которая снижает негативные последствия изменения климата, обеспечивается доступ к чистой, надёжной и доступной энергии. Это значительная часть мировой энергетической структуры, и ожидается, что её использование будет расти в ближайшие десятилетия. Но ввиду существующих проблем остро встает вопрос о дальней-шем использовании атомной энергии.
Вышеизложенное обусловило актуальность выбранной темы.
Целью курсовой работы является изучение особенностей ядерных технологических циклов.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить ряд задач, таких как:
 рассмотреть особенности характеристики ядерных технологических циклов;
 охарактеризовать технологический цикл АЭС;
 проанализировать виды и устройства реакторов.
Объектом исследования являются технологические циклы ядерных реакторов, пред-метом – их технологические характеристики.
Структура работы обусловлена целью и задачами исследования. Курсовая работа со-стоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников.

1 Теоретические аспекты работы ядерных реакторов

1.1 Особенности характеристики ядерных технологических циклов
Атомная энергетика (ядерная энергетика) – вид энергетики, занимающийся произ-водством двух видов энергии: электрической и тепловой. Атомная энергия генерируется пу-тём расщепления атомов с целью высвобождения энергии, удерживаемой в ядре. Ядерное деление генерирует тепло, которое направляется на охлаждающий агент – обычно воду. По-лучающийся пар вращает турбину, соединённую с генератором, производя электричество.
Ядерная энергия не считается возобновляемой, учитывая её зависимость от добытого конечного ресурса, но поскольку действующие реакторы не выделяют парниковых газов, способствующих глобальному потеплению, сторонники говорят, что это следует рассматри-вать как решение проблемы изменения климата.
Уран (U) является самым распространённым топливом для производства атомной энергии. После добычи он перерабатывается в U-235, обогащённый вариант, используемый в качестве топлива в ядерных реакторах, поскольку его атомы легко поддаются делению. По-бочный продукт ядерных реакций, плутоний (Pu), также может быть использован в качестве ядерного топлива.
Преимущества атомной энергетики приведены ниже.
Огромная энергоёмкость используемого топлива. 1 кг урана, обогащённый до 4%, при полном выгорании выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 100 тонн вы-сококачественного каменного угля или 60 тонн нефти.
Возможность повторного использования топлива. Расщепляющийся материал (U-235) может быть использован повторно. С развитием технологии реакторов на быстрых нейтро-нах в перспективе возможен переход на замкнутый топливный цикл, что означает полное отсутствие отходов.
«Снижение» парникового эффекта. Действующие АЭС в России ежегодно предот-вращают выброс в атмосферу около 210 млн. тонн углекислого газа. Таким образом, интен-сивное развитие ядерной энергетики можно косвенно считать одним из методов борьбы с глобальным потеплением.
Доступность. Уран – относительно недорогое топливо. Месторождения урана рас-пространены в мире достаточно широко.
Относительно дешёвая отрасль. Большие затраты требуются только на этапе создания АЭС, в процессе дальнейшей эксплуатации затраты намного меньше.
Техническое обслуживание ядерных электростанций не нужно проводить так же часто, как дозаправку и техобслуживание традиционных электростанций.
Ядерные реакторы и связанные с ними периферийные устройства могут работать в отсутствие кислорода. Они могут быть целиком изолированы и при необходимости поме-щены под землю или под воду без вентиляционных систем.
Строительство АЭС обеспечивает экономический рост, появление новых рабочих мест: 1 рабочее место при сооружении АЭС создаёт более 10 рабочих мест в смежных от-раслях. Развитие атомной энергетики способствует росту научных исследований и интел-лектуального потенциала страны.
Атомные электростанции, построенные и эксплуатируемые с соблюдением всех мер предосторожности, могут помочь мировой экономике избавиться от чрезмерной зависимо-сти от ископаемого топлива для производства электричества.
Режим нераспространения не будет устойчивым, пока растет число государств, обла-дающих требующими самого деликатного обращения технологиями ядерного топливного цикла и способных произвести ядерное оружие при первой необходимости.
В США в министерстве обороны была подготовлена и издана комиссией по атомной энергии в 1962 году книга «The effects of nuclear weapons», в которой приведены данные о действии атомного оружия, полученные в результате теоретических исследований и прак-тических испытаний, а также на основании изучения последствий взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки. В 1965 году перевод с английского появился в СССР После ознаком-ления с этой книгой любой разумный человек поймет ужас ядерной войны. Напомним: при воздушном взрыве бомбы, эквивалентной 10 мегатоннам тринитротолуола, на расстоянии 9,4 км от эпицентра разрушаются здания с бетонными стенами и на расстоянии 13,9 км все многоквартирные кирпичные с несущими стенами. Велика опасность от образующихся при взрыве радиоактивных продуктов. На с. 451-453 приведена уникальная информация о радио-активном заражении на Маршалловых островах в результате ис -пытательного взрыва «Бра-во», произведенного у атолла Бикини 1 марта 1954 года. Общая мощность взрыва соответ-ствовала 15 мегатоннам. В результате взрыва возникло сильное заражение района вдоль направления ветра протяженностью более 530 км и шириной около 100 км. На полосе дли-ной 260 и шириной 50 км вдоль направления ветра измеренная за 96 часов доза превышала 700 рентген и была смертельно опасна. При другом взрыве неожиданно очень высокая доза была зарегистрирована на атолле Ронгелап. На северо-западной оконечности атолла в 160 км от эпицентра взрыва суммарная доза за 96 часов после начала выпадения радиоактивных продуктов составила 3300 рентген. Мы привели всего два эпизода из книги, в которой 680 страниц весьма интересного текста с многими фотоснимками (в том числе и многих япон-цев после Хиросимы), схемами и диаграммами, чтобы читатель проникся ужасом войны ядерной. Ведь не очень большой ядерный взрыв (1-2 мегатонны тротилового эквивалента) уничтожает большой город, например Нью-Йорк или Петербург, а хвост радиоактивный убивает окрестности. В ядерной войне подвергаются смертельной опасности не только объ-екты бомбардировок.
В 1970-х и 1980-х годах в США под руководством К. Сагана [38] и в СССР под руко-водством акад. Н.Н. Моисеева были выполнены расчеты, которые показали, что помимо ло-кального разрушения и высокого уровня радиоактивного загрязнения ядерная война между США и СССР приведет к гибели жизни на Земле.
«Даже если в ядерной войне будет использовано всего лишь 100-150 мегатонн ядер-ного горючего, но оно будет распределено надлежащим образом по основным городам Ев-ропы, Азии и Америки, то эти города также сгорят в огненных вихрях. В результате образу-ются облака сажи такого размера, что "ядерная зима" все равно наступит. Только закончится она не через год, а через несколько месяцев. Но и это достаточный срок, чтобы покончить с жизнью Человека на Земле. А что такое 100-150 мегатонн? Это количество ядерного оружия немногим превышает то, которое носят на себе атомные подводные лодки. Такие числа дают представления о том, над краем какой бездны сейчас оказалось человечество. Результаты этих расчетов подтвердили гипотезу и дали первые количественные оценки эффекта ядер-ной зимы».
Атомные реакторы, устройства по обогащению урана его делящимся изотопом ура-ном-235, выделение плутония из облученного топлива напрямую перешли из ВПК и исполь-зуются в мирной атомной энергетике. В любой стране, где появляется атомный реактор, а также специалисты, обученные ядерной физике и радиохимии в тех странах, которые для них реакторы построили, открывается возможность при использовании давно опубликован-ных технологий получить сначала ядерную взрывчатку и при ее наличии без особых про-блем перейти к атомной бомбе. Это и произошло сначала в Израиле, а затем в ЮАР, Индии, Пакистане, а затем уже в КНДР при помощи специалистов из тех стран, которые создали ядерное оружие. И только лишь в ЮАР при смене политического режима отказались от атомного оружия и ликвидировали все военные ядерные разработки.
Прямое ядерное столкновение между Россией и США вместе со странами НАТО ис-ключены ввиду неизбежного ответного удара, что означает применение большого количе-ства ядерного оружия и гибель всего человечества. Но любой острый конфликт между госу-дарствами, создавшими у себя, несмотря на запреты, ядерное оружие, может явиться запус-ком большой ядерной войны с втягиванием в конфликт других государств, обладающих им. В этой войне не может быть не только победителей и побежденных, но даже нейтральных. Причем роковым может оказаться даже и сравнительно небольшой ядерный конфликт. Зна-чит, приобщение каждой новой страны к ядерным арсеналам увеличивает угрозу не только для ее потенциальных противников, но и для всего мира. Сейчас значительно расширяется география размещения атомных станций по всему миру, и многие реакторы строит Россия. Расширение географии увеличивает опасность создания ядерного оружия и его применения со стороны тех стран, руководители которых могут попытаться использовать его для уни-чтожения ненавистного противника.
При поставке же МОКС-топлива в зарубежные реакторы извлечь из него несколько килограмм плутония для ядерного заряда не представит особых проблем. Взрывное устрой-ство с высоким КПД создать сложно, но если из 10 кг во время взрыва разделится хотя бы 1 г, то это эквивалентно взрыву 18 тонн тринитротолуола, а распылившийся остальной плуто-ний (9999 г) нанесет непоправимый урон стране, где произошел взрыв. Опасность, которую может принести простое распыление только одного топливного элемента МОКС-топлива, содержащего всего 200 г плутония, было исследовано в работе.
Из-за глобального кризиса и сокращения многих энергоемких отраслей промышлен-ного производства нужда в росте внутреннего потребления энергии в Российской Федера-ции отсутствует. Почти половина добываемых ресурсов уходит на экспорт, и, согласно но-вой стратегии развития энергетики до 2035 года, потребление ресурсов в РФ к 2035 году уменьшится на 2,5%, а вот экспорт возрастет на 15,2%. Экономика страны остается сырье-вой, и это понятно, поскольку, как отмечено в стратегии, доля топливно-энергетического комплекса в структуре доходов федерального бюджета - около 40%, а в российском экспор-те (в стоимостном выражении) — более половины, при том, что доля занятых в отраслях топливно-энергетического комплекса составляет менее 4% общей численности населения, занятого в экономике. То есть продажа невосполнимого природного богатства России во много раз выгоднее любой другой деятельности. Дополнительные установленные мощности, в том числе и электрические, в такой экономике не требуются.
Посмотрим по отчетам Министерства энергетики3, в какой мере действующие элек-тростанции обеспечивают сейчас Россию электроэнергией. На конец 2020 года общая уста-новленная мощность электростанций ЕЭС России составила 245313,25 МВт. Выработка электроэнергии электростанциями ЕЭС России в 2020 году составила 1047,03 млрд кВтч. Потребление электроэнергии в 2020 году составило 1033,72 млрд кВтч. Относительная вы-работка электроэнергии составила: ТЭС — 59,3%; АЭС — 20,6%; ГЭС — 20,1%.
Видно, что основную роль в электроснабжении играют ТЭС. Эти же станции вносят весьма существенный вклад в теплоснабжение. По итогам 2016 года объем производства тепловой энергии в РФ составил 1284 млн Гкал, причем 46,5% этого объема было про -изведено котельными, и 45,9% произвели ТЭС. Таким образом на ТЭС произведено 589,36 млн Гкал или 683,6 млрд кВт-час (1 ккал = 1,163 х 10—3 кВтч), что даже больше произве