Bau eines Kernkraftwerks. Geschichte und Arten von Kernkraftwerken

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Eines der globalsten Probleme der Menschheit ist Energie. Zivile Infrastruktur, Industrie, Militär – all das erfordert eine riesige Menge Strom, und für seine Erzeugung werden jedes Jahr viele Mineralien bereitgestellt. Das Problem ist, dass diese Ressourcen nicht unbegrenzt sind und wir jetzt, da die Situation mehr oder weniger stabil ist, an die Zukunft denken müssen. Große Hoffnungen wurden auf alternativen, sauberen Strom gesetzt, doch wie die Praxis zeigt, ist das Endergebnis bei weitem nicht das gewünschte. Die Kosten für Solar- oder Windkraftanlagen sind enorm, die Energiemenge jedoch minimal. Und deshalb gelten Kernkraftwerke heute als die vielversprechendste Option für die weitere Entwicklung.

Geschichte des Kernkraftwerks

Die ersten Ideen zur Nutzung von Atomen zur Stromerzeugung entstanden in der UdSSR um die 40er Jahre des 20. Jahrhunderts, fast 10 Jahre vor der Entwicklung eigener Massenvernichtungswaffen auf dieser Basis. 1948 wurde das Funktionsprinzip von Kernkraftwerken entwickelt und gleichzeitig war es weltweit erstmals möglich, Geräte mit Atomenergie anzutreiben. 1950 schlossen die Vereinigten Staaten den Bau eines kleinen Kernreaktors ab, der damals als das einzige Kraftwerk dieser Art auf dem Planeten gelten konnte. Es war zwar experimentell und erzeugte nur 800 Watt Leistung. Gleichzeitig wurde in der UdSSR der Grundstein für das weltweit erste vollwertige Kernkraftwerk gelegt, das jedoch nach seiner Inbetriebnahme noch keinen Strom im industriellen Maßstab produzierte. Dieser Reaktor wurde eher zur Verfeinerung der Technologie eingesetzt.

Von diesem Moment an begann weltweit der massive Bau von Kernkraftwerken. Neben den traditionellen Spitzenreitern dieses „Rennens“, den USA und der UdSSR, tauchten die ersten Reaktoren auf in:

1956 – Großbritannien.
1959 - Frankreich.
1961 - Deutschland.
1962 – Kanada.
1964 – Schweden.
1966 – Japan.

Die Zahl der gebauten Kernkraftwerke nahm stetig zu, bis zur Tschernobyl-Katastrophe, nach der der Bau eingefroren wurde und nach und nach viele Länder mit dem Ausstieg aus der Kernenergie begannen. Derzeit entstehen neue Kraftwerke dieser Art vor allem in Russland und China. Einige Länder, die zuvor geplant hatten, auf eine andere Energieart umzusteigen, kehren schrittweise zu dem Programm zurück, und in naher Zukunft ist ein weiterer Anstieg des Baus von Kernkraftwerken möglich. Dies ist eine zwingende Phase der menschlichen Entwicklung, zumindest bis andere wirksame Möglichkeiten der Energieerzeugung gefunden werden.

Merkmale der Kernenergie

Der Hauptvorteil ist die Erzeugung großer Energiemengen bei minimalem Kraftstoffverbrauch und nahezu keiner Umweltverschmutzung. Das Funktionsprinzip eines Kernreaktors in einem Kernkraftwerk basiert auf einer einfachen Dampfmaschine und verwendet Wasser als Hauptelement (den Brennstoff selbst nicht mitgerechnet), daher ist der Schaden aus Umweltsicht minimal. Das Gefahrenpotenzial solcher Kraftwerke wird stark überschätzt. Die Ursachen der Tschernobyl-Katastrophe sind noch immer nicht zuverlässig geklärt (mehr dazu weiter unten) und darüber hinaus ermöglichten alle im Rahmen der Untersuchung gesammelten Informationen die Modernisierung bestehender Anlagen, wodurch selbst unwahrscheinliche Optionen für Strahlungsemissionen ausgeschlossen wurden. Umweltschützer sagen manchmal, dass solche Stationen eine starke Quelle thermischer Verschmutzung darstellen, aber das stimmt auch nicht ganz. Tatsächlich gelangt heißes Wasser aus dem Sekundärkreislauf in Reservoirs, aber meistens werden deren künstliche Versionen verwendet, die speziell für diesen Zweck geschaffen wurden, und in anderen Fällen kann der Anteil eines solchen Temperaturanstiegs nicht mit der Verschmutzung durch andere Energiequellen verglichen werden.

Kraftstoffproblem

Für die Beliebtheit von Kernkraftwerken spielt nicht zuletzt der Brennstoff Uran-235 eine Rolle. Es wird deutlich weniger benötigt als alle anderen Arten bei gleichzeitig enormer Energiefreisetzung. Das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerksreaktors besteht darin, diesen Brennstoff in Form spezieller „Tabletten“ in Stäben zu verwenden. Tatsächlich besteht die einzige Schwierigkeit in diesem Fall darin, eine solche Form zu erstellen. In jüngster Zeit gibt es jedoch Hinweise darauf, dass die derzeitigen weltweiten Reserven ebenfalls nicht lange reichen werden. Dafür ist aber bereits gesorgt. Die neuesten Dreikreisreaktoren werden mit Uran-238 betrieben, von dem es reichlich gibt, und das Problem der Brennstoffknappheit wird für lange Zeit verschwinden.

Funktionsprinzip eines Zweikreis-Kernkraftwerks

Wie oben erwähnt, basiert es auf einer herkömmlichen Dampfmaschine. Kurz gesagt besteht das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks darin, Wasser aus dem Primärkreislauf zu erhitzen, was wiederum das Wasser aus dem Sekundärkreislauf auf den Zustand von Dampf erhitzt. Es strömt in die Turbine, dreht die Rotorblätter und veranlasst den Generator, Strom zu erzeugen. Der „Abfall“-Dampf gelangt in den Kondensator und wird wieder zu Wasser. Dadurch entsteht ein nahezu geschlossener Kreislauf. Theoretisch könnte das alles noch einfacher funktionieren, mit nur einem Kreislauf, aber das ist wirklich unsicher, da das Wasser darin theoretisch einer Kontamination ausgesetzt sein kann, was bei Verwendung eines Systemstandards für die meisten Kernkraftwerke ausgeschlossen ist mit zwei voneinander isolierten Wasserkreisläufen.

Funktionsprinzip eines Dreikreis-Kernkraftwerks

Dabei handelt es sich um modernere Kraftwerke, die mit Uran-238 betrieben werden. Seine Reserven machen mehr als 99 % aller radioaktiven Elemente auf der Welt aus (daher die enormen Nutzungsaussichten). Das Funktionsprinzip und die Konstruktion dieses Kernkraftwerkstyps bestehen aus bis zu drei Kreisläufen und der aktiven Nutzung von flüssigem Natrium. Im Großen und Ganzen bleibt alles beim Alten, allerdings mit kleinen Ergänzungen. Im Primärkreislauf, der direkt vom Reaktor erwärmt wird, zirkuliert dieses flüssige Natrium bei hoher Temperatur. Der zweite Kreis wird vom ersten erwärmt und verwendet ebenfalls die gleiche Flüssigkeit, jedoch nicht so heiß. Und erst dann, bereits im dritten Kreislauf, kommt Wasser zum Einsatz, das vom zweiten auf den Dampfzustand erhitzt wird und die Turbine dreht. Das System erweist sich als technologisch komplexer, aber ein solches Kernkraftwerk muss nur einmal gebaut werden, und dann bleibt nur noch, die Früchte der Arbeit zu genießen.

Tschernobyl

Man geht davon aus, dass das Funktionsprinzip des Kernkraftwerks Tschernobyl die Hauptursache für die Katastrophe ist. Offiziell gibt es zwei Versionen des Geschehens. Einem Bericht zufolge sei das Problem auf unsachgemäße Handlungen der Reaktorbetreiber zurückzuführen. Dem zweiten zufolge aufgrund der erfolglosen Auslegung des Kraftwerks. Das Funktionsprinzip des Kernkraftwerks Tschernobyl wurde jedoch auch in anderen Anlagen dieser Art angewendet, die bis heute ordnungsgemäß funktionieren. Es besteht die Meinung, dass es zu einer Kette von Unfällen gekommen ist, die sich kaum wiederholen lässt. Dazu gehören ein kleines Erdbeben in der Gegend, die Durchführung eines Experiments mit dem Reaktor, kleinere Probleme mit der Konstruktion selbst und so weiter. Alles in allem verursachte dies die Explosion. Der Grund, der zu einem starken Leistungsanstieg des Reaktors führte, obwohl dies nicht der Fall sein sollte, ist jedoch noch unbekannt. Es gab sogar eine Meinung über eine mögliche Sabotage, bewiesen wurde jedoch bis heute nichts.

Fukushima

Dies ist ein weiteres Beispiel für eine globale Katastrophe mit Beteiligung eines Kernkraftwerks. Und auch in diesem Fall war die Ursache eine Unfallkette. Die Station war zuverlässig vor Erdbeben und Tsunamis geschützt, die an der japanischen Küste keine Seltenheit sind. Nur wenige hätten sich vorstellen können, dass diese beiden Ereignisse gleichzeitig stattfinden würden. Das Funktionsprinzip des Fukushima-KKW-Generators beinhaltete die Nutzung externer Energiequellen, um den gesamten Sicherheitskomplex in Betrieb zu halten. Dies ist eine sinnvolle Maßnahme, da es bei einem Unfall schwierig wäre, Energie aus der Anlage selbst zu gewinnen. Aufgrund des Erdbebens und des Tsunamis fielen alle diese Quellen aus, wodurch die Reaktoren schmolzen und eine Katastrophe verursachten. Nun wird versucht, den Schaden zu beheben. Experten zufolge wird dies noch weitere 40 Jahre dauern.

Trotz aller Effizienz bleibt die Kernenergie immer noch recht teuer, da die Funktionsweise des Dampferzeugers eines Kernkraftwerks und seiner anderen Komponenten enorme Baukosten mit sich bringt, die amortisiert werden müssen. Derzeit ist Strom aus Kohle und Öl noch günstiger, aber diese Ressourcen werden in den kommenden Jahrzehnten zur Neige gehen und in den nächsten Jahren wird die Kernenergie billiger sein als alles andere. Derzeit kostet umweltfreundlicher Strom aus alternativen Energiequellen (Wind- und Solarkraftwerke) etwa das 20-fache.

Es wird angenommen, dass das Funktionsprinzip von Kernkraftwerken einen schnellen Bau solcher Anlagen nicht zulässt. Es ist nicht wahr. Der Bau einer durchschnittlichen Anlage dieser Art dauert etwa 5 Jahre.

Die Stationen sind nicht nur vor möglichen Strahlungsemissionen, sondern auch vor den meisten äußeren Einflüssen perfekt geschützt. Hätten sich Terroristen beispielsweise für ein beliebiges Kernkraftwerk anstelle der Zwillingstürme entschieden, hätten sie der umliegenden Infrastruktur nur minimalen Schaden zufügen können, der den Betrieb des Reaktors in keiner Weise beeinträchtigt hätte.

Ergebnisse

Das Funktionsprinzip von Kernkraftwerken unterscheidet sich praktisch nicht von dem Funktionsprinzip der meisten anderen traditionellen Kraftwerke. Überall wird Dampfenergie genutzt. Wasserkraftwerke nutzen den Druck von fließendem Wasser, und selbst die Modelle, die mit Solarenergie betrieben werden, nutzen auch Flüssigkeit, die zum Sieden erhitzt wird und Turbinen antreibt. Die einzige Ausnahme von dieser Regel bilden Windparks, bei denen sich die Rotorblätter aufgrund der Bewegung von Luftmassen drehen.

Wie viele von Ihnen haben ein Atomkraftwerk zumindest aus der Ferne gesehen? Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass es in Russland nur zehn in Betrieb befindliche Kernkraftwerke gibt und diese, Gott sei Dank, geschützt sind, denke ich, dass die Antwort in den meisten Fällen negativ ausfällt. Allerdings sind die Leute im LiveJournal, wie Sie wissen, erfahren. Okay, wie viele Leute haben damals das Atomkraftwerk von innen gesehen? Haben Sie zum Beispiel den Körper eines Kernreaktors mit Ihrer eigenen Hand ertastet? Niemand. Ich ahnte?

Nun, heute haben alle Abonnenten dieses Fotoblogs die Möglichkeit, all diese Hochtechnologien so nah wie möglich zu sehen. Ich verstehe, dass es live viel interessanter ist, aber fangen wir klein an. In Zukunft kann ich vielleicht ein paar Leute mitnehmen, aber im Moment studieren wir das Material!

02 . Wir sind also 45 Kilometer von der Baustelle der 4. Etappe des Kernkraftwerks Novovoronezh entfernt. Unweit des bestehenden Kernkraftwerks (das erste Kraftwerk wurde bereits in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts in Betrieb genommen) entstehen zwei moderne Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von 2400 MW. Der Bau erfolgt nach dem neuen Projekt „AES-2006“, das den Einsatz von WWER-1200-Reaktoren vorsieht. Aber zu den Reaktoren selbst etwas später.

03 . Gerade die Tatsache, dass der Bau noch nicht abgeschlossen ist, gibt uns die seltene Chance, alles mit eigenen Augen zu sehen. Sogar die Reaktorhalle, die künftig hermetisch verschlossen und nur noch einmal im Jahr für Wartungsarbeiten geöffnet wird.

04 . Wie auf dem vorherigen Foto zu sehen ist, befindet sich die Kuppel des äußeren Sicherheitsbehälters des siebten Kraftwerksblocks noch in der Betonierungsphase, aber das Reaktorgebäude des Kraftwerks Nr. 6 sieht bereits interessanter aus (siehe Foto unten). Insgesamt wurden für das Betonieren dieser Kuppel mehr als 2.000 Kubikmeter Beton benötigt. Der Durchmesser der Kuppel an der Basis beträgt 44 m, die Dicke beträgt 1,2 m. Achten Sie auf die grünen Rohre und den volumetrischen Metallzylinder (Gewicht – 180 Tonnen, Durchmesser – etwa 25 m, Höhe – 13 m) – das sind Elemente von das passive Wärmeabfuhrsystem (PHRS). Sie werden erstmals in einem russischen Kernkraftwerk installiert. Im Falle eines vollständigen Ausfalls aller Kernkraftwerkssysteme (wie in Fukushima geschehen) kann das PHRS für eine langfristige Wärmeabfuhr aus dem Reaktorkern sorgen.

05 . Der mit Abstand größte Bestandteil eines Kernkraftwerks sind Kühltürme. Darüber hinaus ist es eines der effektivsten Geräte zur Wasserkühlung in Kreislaufwasserversorgungssystemen. Der hohe Turm erzeugt genau den Luftzug, der für eine effektive Kühlung des zirkulierenden Wassers erforderlich ist. Dank des hohen Turms wird ein Teil des Dampfes in den Kreislauf zurückgeführt und der andere Teil vom Wind abgeführt.

06 . Die Höhe des Rohbaus des Kühlturms des Kraftwerks Nr. 6 beträgt 171 Meter. Es sind etwa 60 Stockwerke. Mittlerweile ist dieses Bauwerk das höchste, das jemals in Russland gebaut wurde. Seine Vorgänger waren nicht höher als 150 m (im Kernkraftwerk Kalinin). Für den Bau des Bauwerks wurden mehr als 10.000 Kubikmeter Beton benötigt.

07 . Am Fuß des Kühlturms (Durchmesser 134 m) befindet sich eine sogenannte Beckenschale. Sein oberer Teil ist mit Bewässerungsblöcken „gepflastert“. Der Sprinkler ist das Hauptbauelement dieses Kühlturmtyps. Er dient dazu, den durchströmenden Wasserstrom zu unterbrechen und ihm eine lange Zeit und eine maximale Kontaktfläche mit der Kühlluft zu ermöglichen. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Gittermodule aus modernen Polymerwerkstoffen.

08 . Natürlich wollte ich eine epische Aufnahme von oben machen, aber der bereits installierte Sprinkler hinderte mich daran. Deshalb begeben wir uns zum Kühlturm des Kraftwerks Nr. 7. Leider war es nachts eiskalt und wir hatten eine schlechte Zeit mit der Fahrt mit dem Aufzug bis ganz nach oben. Er ist gefroren.

09 . Okay, vielleicht werde ich eines Tages die Chance haben, in eine so große Höhe zu fahren, aber jetzt ist hier eine Aufnahme der Installation des Bewässerungssystems.

10 . Ich dachte... Oder durften wir aus Sicherheitsgründen einfach nicht nach oben?

11 . Das gesamte Gelände der Baustelle ist mit Warn-, Verbots- und einfachen Propagandaplakaten und -schildern übersät.

12 . OK. Wir teleportieren uns zum Gebäude des zentralen Kontrollraums (CCR).
Natürlich wird heutzutage alles über Computer gesteuert.

13 . Der riesige, lichtdurchflutete Raum ist buchstäblich vollgestopft mit geordneten Schrankreihen mit automatischen Relaisschutzsystemen.

14 . Der Relaisschutz überwacht kontinuierlich den Zustand aller Elemente des Stromnetzes und reagiert auf das Auftreten von Schäden und/oder anormalen Bedingungen. Wenn ein Schaden auftritt, muss das Schutzsystem einen bestimmten beschädigten Bereich identifizieren und ihn abschalten, indem es auf spezielle Leistungsschalter einwirkt, die Fehlerströme (Kurzschluss oder Erdschluss) unterbrechen sollen.

15 . Entlang jeder Wand sind Feuerlöscher angebracht. Natürlich automatisch.

16 . Als nächstes ziehen wir in das 220-kV-Schaltanlagengebäude (KRUE-220) um. Meiner Meinung nach einer der fotogensten Orte im gesamten Kernkraftwerk. Es gibt auch KRUE-500, aber sie haben es uns nicht gezeigt. GIS-220 ist Teil der allgemeinen elektrischen Ausrüstung der Station und dient dazu, Strom von externen Stromleitungen zu empfangen und am Standort der im Bau befindlichen Station zu verteilen. Das heißt, während Kraftwerke gebaut werden, wird mit Hilfe von GIS-220 der Strom direkt an die im Bau befindlichen Anlagen geliefert.

17 . Im Projekt AES-2006, nach dem der sechste und siebte Kraftwerksblock gebaut wird, wurden erstmals vollständige gasisolierte 220/500-kV-Schaltanlagen vom geschlossenen Typ mit SF6-Isolierung im Stromverteilungsschema der Umspannwerke eingesetzt. Im Vergleich zu offenen Schaltanlagen, die bisher in der Kernenergie eingesetzt werden, ist die Fläche einer geschlossenen um ein Vielfaches kleiner. Um die Größe des Gebäudes zu verstehen, empfehle ich, zum Titelfoto zurückzukehren.

18 . Selbstverständlich wird die KRUE-220-Ausrüstung nach der Inbetriebnahme der neuen Kraftwerke zur Übertragung des im Kernkraftwerk Nowoworonesch erzeugten Stroms in das Einheitliche Energiesystem eingesetzt. Achten Sie auf die Kästen in der Nähe der Strommasten. Die meisten im Baugewerbe verwendeten elektrischen Geräte werden von Siemens hergestellt.

19 . Aber nicht nur. Hier ist zum Beispiel ein Hyundai-Spartransformator.
Das Gewicht dieser Einheit beträgt 350 Tonnen und sie ist für die Umwandlung von Strom von 500 kV auf 220 kV ausgelegt.

20 . Es gibt (was schön ist) unsere Lösungen. Hier ist zum Beispiel ein Aufwärtstransformator von JSC Elektrozavod. Das 1928 errichtete erste inländische Transformatorenwerk spielte eine enorme Rolle bei der Industrialisierung des Landes und bei der Entwicklung der heimischen Energie. Geräte der Marke Elektrozavod sind in mehr als 60 Ländern auf der ganzen Welt im Einsatz.

21 . Für alle Fälle erkläre ich ein wenig über Transformatoren. Im Allgemeinen sieht das Stromverteilungsschema (natürlich nach Abschluss der Bauarbeiten und Inbetriebnahme) die Erzeugung von Strom mit Spannungen von zwei Klassen vor – 220 kV und 500 kV. Gleichzeitig erzeugt die Turbine (dazu später mehr) nur 24 kV, die über einen Stromleiter einem Blocktransformator zugeführt und dort auf 500 kV erhöht wird. Anschließend wird ein Teil der Energiekapazität über GIS-500 an das Unified Energy System übertragen. Der andere Teil geht an Spartransformatoren (die gleichen Hyundais), wo er von 500 kV auf 220 kV reduziert wird und über GIS-220 (siehe oben) auch in das Stromnetz gelangt. Als erwähnter Blocktransformator werden also drei einphasige „elektrische Fabrik“-Aufwärtstransformatoren verwendet (jede Leistung beträgt 533 MW, Gewicht – 340 Tonnen).

22 . Wenn es klar ist, fahren wir mit der Dampfturbinenanlage des Kraftwerks Nr. 6 fort. Verzeihen Sie mir, meine Geschichte scheint von Ende zu Anfang zu gehen (wenn wir vom Prozess der Stromerzeugung ausgehen), aber ungefähr in dieser Reihenfolge sind wir über die Baustelle gelaufen. Also bitte ich um Verzeihung.

23 . Turbine und Generator sind also unter dem Gehäuse verborgen. Deshalb werde ich es erklären. Eigentlich ist eine Turbine eine Einheit, in der die thermische Energie von Dampf (bei einer Temperatur von etwa 300 Grad und einem Druck von 6,8 MPa) in mechanische Energie der Rotorrotation und bereits am Generator in die von uns benötigte elektrische Energie umgewandelt wird. Das zusammengebaute Gewicht der Maschine beträgt mehr als 2600 Tonnen, ihre Länge beträgt 52 Meter und sie besteht aus mehr als 500 Bauteilen. Für den Transport dieser Geräte zur Baustelle wurden rund 200 LKWs eingesetzt. Diese Turbine K-1200–7-3000 wurde im Leningrader Metallwerk hergestellt und ist die erste Hochgeschwindigkeitsturbine (3000 U/min) mit einer Leistung von 1200 MW in Russland. Diese innovative Entwicklung wurde speziell für Kernkraftwerke der neuen Generation entwickelt, die gemäß dem AES-2006-Projekt gebaut werden. Das Foto zeigt eine Gesamtansicht der Turbinenwerkstatt. Oder eine Turbinenhalle, wenn Sie möchten. Atomwissenschaftler der alten Schule nennen eine Turbine eine Maschine.

24 . Die Turbinenkondensatoren befinden sich im Stockwerk darunter. Die Kondensatorgruppe gehört zur wichtigsten technologischen Ausrüstung des Turbinenraums und dient, wie jeder bereits vermutet hat, dazu, Turbinenabdampf in Flüssigkeit umzuwandeln. Das entstehende Kondensat wird nach der notwendigen Regeneration wieder dem Dampferzeuger zugeführt. Das Gewicht der Verflüssigungssatzausrüstung, zu der vier Kondensatoren und ein Rohrleitungssystem gehören, beträgt mehr als 2000 Tonnen. Im Inneren der Kondensatoren befinden sich etwa 80.000 Titanrohre, die eine Wärmeübertragungsfläche mit einer Gesamtfläche von 100.000 Quadratmetern bilden.

25 . Habe es? Hier ist ein Querschnitt des Turbinengebäudes und weiter geht es. Ganz oben steht ein Laufkran.

26 . Wir gehen zum Blocksteuerpult des Aggregats Nr. 6.
Ich denke, der Zweck ist ohne Erklärung klar. Im übertragenen Sinne ist dies das Gehirn eines Kernkraftwerks.

27 . BPU-Elemente.

28 . Und schließlich besichtigen wir die Räumlichkeiten des Reaktorraums! Eigentlich ist dies der Ort, an dem sich der Kernreaktor, der Primärkreislauf und seine Hilfsanlagen befinden. Natürlich wird es in absehbarer Zeit versiegelt und unzugänglich werden.

29 . Und ganz natürlich: Wenn Sie hineingehen, heben Sie als Erstes den Kopf und staunen über die Größe der Sicherheitskuppel. Na ja, und gleichzeitig ein Polarkranich. Ein kreisförmiger Brückenkran (Polarkran) mit einer Tragfähigkeit von 360 Tonnen ist für die Installation von großen und schweren Sicherheitszonengeräten (Reaktorgehäuse, Dampferzeuger, Druckkompensator usw.) konzipiert. Nach der Inbetriebnahme des Kernkraftwerks wird der Kran für Reparaturarbeiten und den Transport von Kernbrennstoff eingesetzt.

30 . Dann stürze ich natürlich zum Reaktor und beobachte fasziniert seinen oberen Teil, ohne noch zu ahnen, dass die Situation bei Eisbergen ähnlich ist. Das bist du also, Rentier. Im übertragenen Sinne ist dies das Herzstück eines Kernkraftwerks.

31 . Reaktorbehälterflansch. Später wird darauf ein Oberblock mit CPS-Antrieben (Reactor Control and Protection System) montiert, der die Abdichtung des Hauptsteckers gewährleistet.

32 . In der Nähe können wir den alternden Pool sehen. Seine Innenfläche ist eine geschweißte Struktur aus Edelstahlblech. Es ist für die vorübergehende Lagerung abgebrannter Kernbrennstoffe aus dem Reaktor konzipiert. Nachdem die Restwärmefreisetzung reduziert wurde, wird der verbrauchte Brennstoff aus dem Lager für abgebrannte Brennelemente an ein Unternehmen der Kernindustrie abtransportiert, das sich mit der Wiederaufbereitung und Regeneration (Lagerung, Entsorgung oder Wiederaufbereitung) des Brennstoffs befasst.

33 . Und entlang der Wand befinden sich hydraulische Reservoire des passiven Kernflutungssystems. Sie gehören zu passiven Sicherheitssystemen, das heißt, sie funktionieren ohne den Einsatz von Personal und den Einsatz externer Energiequellen. Vereinfacht gesagt handelt es sich dabei um riesige Fässer, die mit einer wässrigen Borsäurelösung gefüllt sind. Im Notfall, wenn der Druck im Primärkreislauf unter ein bestimmtes Niveau fällt, wird dem Reaktor Flüssigkeit zugeführt und der Kern gekühlt. Somit wird die Kernreaktion durch eine große Menge borhaltiges Wasser gelöscht, das Neutronen absorbiert. Es ist erwähnenswert, dass im AES-2006-Projekt, nach dem die vierte Stufe des Kernkraftwerks Novovoronezh gebaut wird, erstmals eine zusätzliche, zweite Schutzstufe vorgesehen ist – hydraulische Tanks für die passive Flutung des Aktiven Zone (8 von 12 Tanks) mit einem Volumen von jeweils 120 Kubikmetern.

34 . Bei künftigen planmäßigen Wartungsarbeiten und dem Austausch von Kernbrennstoffen wird es möglich sein, über eine Transportschleuse in den Reaktorraum zu gelangen. Es handelt sich um eine 14 Meter lange zylindrische Kammer mit einem Durchmesser von über 9 Metern, die auf beiden Seiten durch abwechselnd öffnende Torflügel hermetisch verschlossen ist. Das Gesamtgewicht des Gateways beträgt etwa 230 Tonnen.

35 . Von der Außenseite des Tores bietet sich ein Panoramablick auf die gesamte Baustelle im Allgemeinen und auf das Kraftwerk Nr. 7 im Besonderen.

36 . Nun, nachdem wir frische Luft geschnuppert haben, gehen wir nach unten, um uns tatsächlich den zylindrischen Reaktorbehälter anzusehen. Bisher stoßen wir jedoch nur auf technologische Pipelines. Das große grüne Rohr ist eine der Konturen, wir sind also schon ganz nah dran.

37 . Und hier ist er. Druckwasser-Druckwasser-Kernreaktor Modell WWER-1200. Ich werde nicht in den Dschungel der Kernspaltung und der nuklearen Kettenreaktion eintauchen (Sie lesen wahrscheinlich schon diagonal), ich füge nur hinzu, dass sich im Inneren des Reaktors viele Brennelemente (sog. Brennstäbe) in Form von befinden ein Satz versiegelter Rohre aus Speziallegierungen mit einem Durchmesser von 9,1–13,5 mm und einer Länge von mehreren Metern, gefüllt mit Kernbrennstoffpellets sowie Steuerstäben, die vom Bedienfeld aus über die gesamte Höhe des Kerns fernbewegt werden können. Diese Stäbe bestehen aus neutronenabsorbierenden Stoffen wie Bor oder Cadmium. Bei tiefem Einführen der Stäbe wird eine Kettenreaktion unmöglich, da Neutronen stark absorbiert und aus der Reaktionszone entfernt werden. Auf diese Weise wird die Leistung des Reaktors reguliert. Jetzt ist klar, warum es im oberen Teil des Reaktors so viele Löcher gibt?

38 . Ja, die Hauptumwälzpumpe (MCP) hätte ich fast vergessen. Es gehört auch zur wichtigsten technologischen Ausrüstung des Reaktorgebäudes und dient der Schaffung einer Kühlmittelzirkulation im Primärkreislauf. Innerhalb einer Stunde pumpt die Anlage mehr als 25.000 Kubikmeter Wasser. Die Hauptumwälzpumpe sorgt zudem in allen Betriebsarten der Reaktoranlage für die Kühlung des Kerns. Die Anlage umfasst vier Hauptumwälzpumpen.

39 . Nun, um das behandelte Material zu konsolidieren, schauen wir uns das einfachste Diagramm des Betriebs eines Kernkraftwerks an. Es ist einfach, nicht wahr? In besonders fortgeschrittenen Fällen lesen Sie den Beitrag noch einmal, hehe))

40 . Im Allgemeinen ist es ungefähr so. Aber für diejenigen, die nah am Thema sind, werfe ich noch ein paar Karten mit Leuten ein. Stimmen Sie zu, es gibt nicht viele davon im Bericht, und dennoch haben hier seit 2006 viele tausend Spezialisten unterschiedlicher Profile gearbeitet.

41 . Jemand unten...

42 . Und jemand oben... Obwohl man sie nicht sieht, sind sie da.

43 . Und dies ist einer der am meisten geehrten Erbauer des Kernkraftwerks Novovoronezh – der DEMAG-Raupenkran. Er war es, der diese tonnenschweren Elemente der Reaktor- und Turbinenhallen anhob und installierte (Tragfähigkeit - 1250 Tonnen). Der Monteur und der LKW müssen den Maßstab verstehen und in seiner vollen Größe (115 Meter) den gutaussehenden Mann auf den Fotos 03 und 04 betrachten.

Und als Fazit. Seit März dieses Jahres wurden aus mir unbekannten Gründen das in Betrieb befindliche Kernkraftwerk Nowoworonesch und das im Bau befindliche Kernkraftwerk Nowoworonesch-2 zusammengelegt. Was wir besucht haben und was wir früher NVNPP-2 nannten, wird jetzt die vierte Stufe des NVNPP genannt, und die im Bau befindlichen Kraftwerksblöcke der ersten und zweiten wurden zur sechsten bzw. siebten. Infos 110%. Wer möchte, kann sofort Artikel auf Wikipedia umschreiben, und ich danke den Mitarbeitern der Abteilung für die Beziehungen zu den im Bau befindlichen Kernkraftwerksblöcken und insbesondere Tatjana, ohne die dieser Ausflug höchstwahrscheinlich nicht stattgefunden hätte. Mein Dank für das Bildungsprogramm zum Bau von Kernkraftwerken gilt auch dem Schichtleiter Roman Vladimirovich Gridnev sowie Vladimir

Atomkraftwerke

Kernkraftwerke sind Kernanlagen, die unter bestimmten Bedingungen Energie erzeugen und dabei bestimmte Regime einhalten. Für diese Zwecke wird ein durch das Projekt definiertes Gebiet genutzt, in dem Kernreaktoren in Kombination mit den erforderlichen Systemen, Geräten, Ausrüstungen und Strukturen zur Erfüllung der zugewiesenen Aufgaben eingesetzt werden. Zur Umsetzung gezielter Aufgaben wird Fachpersonal eingebunden.

Alle Kernkraftwerke in Russland

Geschichte der Kernenergie in unserem Land und im Ausland

Die zweite Hälfte der 40er Jahre war geprägt vom Beginn der Arbeiten zur Schaffung des ersten Projekts zur Nutzung friedlicher Atome zur Stromerzeugung. Im Jahr 1948 wurde I.V. Kurchatov machte, geleitet von den Anweisungen der Partei und der Sowjetregierung, den Vorschlag, mit der Arbeit an der praktischen Nutzung der Atomenergie zur Stromerzeugung zu beginnen.

Zwei Jahre später, im Jahr 1950, wurde unweit des Dorfes Obninskoje in der Region Kaluga mit dem Bau des ersten Kernkraftwerks der Welt begonnen. Der Start des weltweit ersten industriellen Kernkraftwerks mit einer Leistung von 5 MW erfolgte am 27. Juni 1954. Die Sowjetunion war die erste Macht der Welt, die das Atom für friedliche Zwecke nutzte. Der Bahnhof wurde in Obninsk eröffnet, das zu diesem Zeitpunkt den Status einer Stadt erhalten hatte.

Aber die sowjetischen Wissenschaftler hörten damit nicht auf; sie setzten ihre Arbeit in dieser Richtung fort, insbesondere, nur vier Jahre später, im Jahr 1958, begann der Betrieb der ersten Stufe des sibirischen Kernkraftwerks. Seine Leistung war um ein Vielfaches größer als die der Station in Obninsk und betrug 100 MW. Für einheimische Wissenschaftler war dies jedoch nicht die Grenze; nach Abschluss aller Arbeiten betrug die Auslegungskapazität der Station 600 MW.

In den Weiten der Sowjetunion nahm der Bau von Kernkraftwerken damals gewaltige Ausmaße an. Im selben Jahr begann der Bau des Kernkraftwerks Belojarsk, dessen erste Etappe bereits im April 1964 die ersten Verbraucher versorgte. Die Geographie des Baus von Kernkraftwerken verwickelte das gesamte Land in sein Netzwerk; im selben Jahr wurde in Woronesch der erste Block des Kernkraftwerks mit einer Leistung von 210 MW in Betrieb genommen, der zweite Block wurde fünf Jahre später in Betrieb genommen 1969 verfügte es über eine Kapazität von 365 MW. Der Boom im Kernkraftwerksbau ließ während der gesamten Sowjetzeit nicht nach. Im Abstand von mehreren Jahren wurden neue Stationen oder zusätzliche Einheiten bereits gebauter Stationen in Betrieb genommen. So erhielt Leningrad bereits 1973 ein eigenes Kernkraftwerk.

Allerdings war die Sowjetmacht nicht die einzige auf der Welt, die solche Projekte entwickeln konnte. Auch im Vereinigten Königreich schliefen sie nicht und beschäftigten sich aktiv mit diesem Thema, da sie das Potenzial dieses Gebiets erkannten. Nur zwei Jahre später, nach der Eröffnung der Station in Obninsk, starteten die Briten ihr eigenes Projekt zur Entwicklung des friedlichen Atoms. 1956 eröffneten die Briten in der Stadt Calder Hall ein eigenes Kraftwerk, dessen Leistung das sowjetische Gegenstück übertraf und 46 MW betrug. Sie blieben auch auf der anderen Seite des Atlantiks nicht zurück, ein Jahr später nahmen die Amerikaner die Station in Shippingport feierlich in Betrieb. Die Kapazität der Anlage betrug 60 MW.

Allerdings war die Entwicklung des friedlichen Atoms mit versteckten Bedrohungen behaftet, von denen die ganze Welt bald erfuhr. Das erste Anzeichen war ein schwerer Unfall auf Three Mile Island im Jahr 1979, und danach kam es zu einer Katastrophe, die die ganze Welt traf, in der Sowjetunion ereignete sich in der Kleinstadt Tschernobyl eine Katastrophe großen Ausmaßes, dies geschah im Jahr 1986. Die Folgen der Tragödie waren irreparabel, aber darüber hinaus brachte diese Tatsache die ganze Welt dazu, über die Machbarkeit der Nutzung der Kernenergie für friedliche Zwecke nachzudenken.

Weltweit führende Unternehmen dieser Branche denken ernsthaft darüber nach, die Sicherheit kerntechnischer Anlagen zu verbessern. Das Ergebnis war die Abhaltung einer verfassungsgebenden Versammlung, die am 15. Mai 1989 in der sowjetischen Hauptstadt stattfand. Die Versammlung beschloss die Gründung eines Weltverbandes, dem alle Kernkraftwerksbetreiber angehören sollten; die allgemein anerkannte Abkürzung lautet WANO. Im Zuge der Umsetzung ihrer Programme überwacht die Organisation systematisch die Verbesserung des Sicherheitsniveaus von Kernkraftwerken weltweit. Doch trotz aller Anstrengungen können selbst die modernsten und auf den ersten Blick sicher erscheinenden Objekte dem Ansturm der Elemente nicht standhalten. Aufgrund einer endogenen Katastrophe, die sich in Form eines Erdbebens und des darauffolgenden Tsunamis äußerte, kam es 2011 an der Station Fukushima-1 zu einem Unfall.

Atomarer Stromausfall

KKW-Klassifizierung

Kernkraftwerke werden nach zwei Kriterien klassifiziert: der Art der von ihnen erzeugten Energie und der Art des Reaktors. Abhängig vom Reaktortyp werden die Menge der erzeugten Energie, das Sicherheitsniveau und auch die Art der Rohstoffe bestimmt, die in der Station verwendet werden.

Je nach Art der Energie, die die Stationen produzieren, werden sie in zwei Arten unterteilt:

Atomkraftwerke. Ihre Hauptfunktion ist die Erzeugung elektrischer Energie.

Kernwärmekraftwerke. Dank der dort installierten Heizungsanlagen ist unter Ausnutzung der an der Station unvermeidlichen Wärmeverluste eine Erwärmung des Netzwassers möglich. Somit erzeugen diese Anlagen neben Strom auch Wärmeenergie.

Nachdem sie viele Optionen untersucht hatten, kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass drei ihrer Sorten, die derzeit auf der ganzen Welt verwendet werden, am rationalsten sind. Sie unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht:

Verwendeter Kraftstoff;
Verwendete Kühlmittel;
Aktive Zonen, die zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur betrieben werden;
Eine Art Moderator, der die Geschwindigkeit von Neutronen reduziert, die beim Zerfall freigesetzt werden und so notwendig sind, um eine Kettenreaktion zu unterstützen.

Der gebräuchlichste Typ ist ein Reaktor, der angereichertes Uran als Brennstoff verwendet. Als Kühlmittel und Moderator wird hier normales oder leichtes Wasser verwendet. Solche Reaktoren werden Leichtwasserreaktoren genannt; es gibt zwei Arten von ihnen. Im ersten Fall wird der zum Antrieb der Turbinen verwendete Dampf in einem Kern namens Siedewasserreaktor erzeugt. Im zweiten Fall erfolgt die Dampfbildung in einem externen Kreislauf, der über Wärmetauscher und Dampferzeuger mit dem ersten Kreislauf verbunden ist. Die Entwicklung dieses Reaktors begann in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts; Grundlage dafür war das Programm der US-Armee. Parallel dazu entwickelte die Union etwa zur gleichen Zeit einen Siedereaktor, in dem ein Graphitstab als Moderator fungierte.

Es ist der Reaktortyp mit einem solchen Moderator, der in der Praxis Anwendung gefunden hat. Die Rede ist von einem gasgekühlten Reaktor. Seine Geschichte begann in den späten vierziger und frühen fünfziger Jahren des 20. Jahrhunderts; zunächst wurden Entwicklungen dieser Art bei der Herstellung von Atomwaffen eingesetzt. Dafür eignen sich zwei Brennstoffarten: waffenfähiges Plutonium und Natururan.

Das letzte Projekt, das von kommerziellem Erfolg begleitet war, war ein Reaktor, bei dem schweres Wasser als Kühlmittel und das uns bereits bekannte Natururan als Brennstoff verwendet wird. Ursprünglich wurden solche Reaktoren von mehreren Ländern entworfen, doch am Ende konzentrierte sich ihre Produktion auf Kanada, was auf die riesigen Uranvorkommen in diesem Land zurückzuführen ist.

Thorium-Kernkraftwerke – die Energie der Zukunft?

Geschichte der Verbesserung von Kernreaktortypen

Der Reaktor des ersten Kernkraftwerks der Welt war ein sehr vernünftiges und realisierbares Design, das sich in vielen Jahren des tadellosen Betriebs der Station bewährt hat. Zu seinen Bestandteilen gehörten:

seitlicher Wasserschutz;
Mauerwerksgehäuse;
Dachgeschoss;
Sammelverteiler;
Kraftstoffkanal;
Deckplatte;
Graphitmauerwerk;
Bodenplatte;
Verteiler.

Als Hauptstrukturmaterial für Brennstabhüllen und technologische Kanäle wurde rostfreier Stahl gewählt; zu diesem Zeitpunkt gab es keine Kenntnisse über Zirkoniumlegierungen, die für den Betrieb bei Temperaturen von 300 °C geeignete Eigenschaften aufweisen könnten. Die Kühlung eines solchen Reaktors erfolgte mit Wasser und der Druck, unter dem er zugeführt wurde, betrug 100 at. In diesem Fall wurde Dampf mit einer Temperatur von 280 °C freigesetzt, was ein recht moderater Parameter ist.

Die Kanäle des Kernreaktors wurden so konzipiert, dass sie vollständig ersetzt werden konnten. Dies ist auf die Ressourcenbeschränkung zurückzuführen, die durch die Verweildauer des Kraftstoffs in der Aktivitätszone bestimmt wird. Die Planer sahen keinen Anlass zu der Annahme, dass Baumaterialien, die sich in der Aktivitätszone befinden, unter Bestrahlung ihre gesamte Lebensdauer, nämlich etwa 30 Jahre, erschöpfen könnten.

Beim Design von TVEL entschied man sich für eine Röhrenversion mit Einweg-Kühlmechanismus

Dadurch verringerte sich die Wahrscheinlichkeit, dass im Falle einer Beschädigung der Brennstäbe Spaltprodukte in den Kreislauf gelangen. Um die Temperatur der Brennelementhülle zu regulieren, wurde eine Brennstoffzusammensetzung aus einer Uran-Molybdän-Legierung verwendet, die die Form von Körnern hatte, die in einer Warmwassermatrix verteilt waren. Der auf diese Weise verarbeitete Kernbrennstoff ermöglichte die Herstellung äußerst zuverlässiger Brennstäbe. die unter hohen thermischen Belastungen betrieben werden konnten.

Ein Beispiel für die nächste Entwicklungsrunde friedlicher Nukleartechnologien kann das berüchtigte Kernkraftwerk Tschernobyl sein. Zu dieser Zeit galten die bei seinem Bau verwendeten Technologien als die fortschrittlichsten und der Reaktortyp galt als der modernste der Welt. Die Rede ist vom RBMK-1000-Reaktor.

Die thermische Leistung eines solchen Reaktors erreichte 3200 MW, während er über zwei Turbogeneratoren verfügt, deren elektrische Leistung 500 MW erreicht, sodass ein Kraftwerksblock eine elektrische Leistung von 1000 MW hat. Als Brennstoff für die RBMK wurde angereichertes Urandioxid verwendet. Im Ausgangszustand vor Beginn des Prozesses enthält eine Tonne dieses Brennstoffs etwa 20 kg Brennstoff, nämlich Uran - 235. Bei stationärer Beladung des Reaktors mit Urandioxid beträgt die Masse des Stoffes 180 Tonnen.

Der Ladevorgang stellt jedoch keine Masse dar, sondern die uns bereits bekannten Brennelemente werden in den Reaktor eingebracht. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Rohre aus einer Zirkoniumlegierung. Der Inhalt sind zylindrische Urandioxid-Tabletten. In der Reaktoraktivitätszone werden sie in Brennelementen untergebracht, die jeweils 18 Brennstäbe vereinen.

In einem solchen Reaktor gibt es bis zu 1.700 solcher Baugruppen, die in einem Graphitstapel untergebracht sind, in dem vertikale technologische Kanäle speziell für diese Zwecke ausgelegt sind. In ihnen zirkuliert das Kühlmittel, dessen Rolle im RMBK Wasser spielt. Der Wasserstrudel entsteht unter dem Einfluss von Umwälzpumpen, von denen es acht gibt. Der Reaktor befindet sich im Schacht und das grafische Mauerwerk befindet sich in einem zylindrischen Gehäuse mit einer Dicke von 30 mm. Die Stütze des gesamten Apparats ist ein Betonsockel, unter dem sich ein Becken befindet – ein Bubbler, der der Lokalisierung des Unfalls dient.

Die dritte Generation von Reaktoren verwendet schweres Wasser

Das Hauptelement davon ist Deuterium. Das gebräuchlichste Design heißt CANDU, es wurde in Kanada entwickelt und ist weltweit weit verbreitet. Der Kern solcher Reaktoren befindet sich in horizontaler Position und die Rolle der Heizkammer übernehmen zylindrische Tanks. Der Brennstoffkanal erstreckt sich über die gesamte Heizkammer, jeder dieser Kanäle besteht aus zwei konzentrischen Rohren. Es gibt Außen- und Innenrohre.

Im Innenrohr steht der Brennstoff unter Kühlmitteldruck, was eine zusätzliche Betankung des Reaktors im Betrieb ermöglicht. Als Verzögerer wird schweres Wasser der Formel D20 verwendet. In einem geschlossenen Kreislauf wird Wasser durch die Rohre eines Reaktors gepumpt, der Brennstoffbündel enthält. Bei der Kernspaltung entsteht Wärme.

Der Kühlkreislauf bei der Verwendung von schwerem Wasser besteht aus der Durchleitung von Dampferzeugern, in denen normales Wasser durch die von schwerem Wasser erzeugte Wärme siedet, was zur Bildung von Dampf führt, der unter hohem Druck austritt. Es wird zurück in den Reaktor verteilt, wodurch ein geschlossener Kühlkreislauf entsteht.

Auf diesem Weg kam es zu einer schrittweisen Verbesserung der Typen von Kernreaktoren, die in verschiedenen Ländern der Welt eingesetzt wurden und werden.

Der Vorschlag, einen AM-Reaktor für ein zukünftiges Kernkraftwerk zu bauen, wurde erstmals am 29. November 1949 auf einer Sitzung des wissenschaftlichen Leiters des Kernprojekts I.V. geäußert. Kurchatov, Direktor des Instituts für physikalische Probleme A.P. Alexandrov, Direktor von NIIkhimash N.A. Dollezhal und der wissenschaftliche Sekretär des Wissenschaftlich-Technischen Rates der Industrie B.S. Pozdnyakova. Auf dem Treffen wurde empfohlen, in den PSU-Forschungsplan für 1950 „einen Reaktorentwurf unter Verwendung von angereichertem Uran mit kleinen Abmessungen nur für Energiezwecke, mit einer Gesamtwärmeleistung von 300 Einheiten, einer effektiven Leistung von etwa 50 Einheiten“ mit Graphit und Wasser als Kühlmittel aufzunehmen. Gleichzeitig wurde die Anweisung gegeben, dringend physikalische Berechnungen und experimentelle Untersuchungen an diesem Reaktor durchzuführen.

Später I.V. Kurchatov und A.P. Zavenyagin begründete die Wahl des AM-Reaktors für den vorrangigen Bau damit, dass „in ihm mehr als in anderen Blöcken die Erfahrung der konventionellen Kesselpraxis genutzt werden kann: Die insgesamt relative Einfachheit des Blocks macht den Bau einfacher und kostengünstiger.“

In diesem Zeitraum werden auf unterschiedlichen Ebenen Einsatzmöglichkeiten von Leistungsreaktoren diskutiert.

PROJEKT

Es wurde als ratsam erachtet, mit dem Bau eines Reaktors für ein Schiffskraftwerk zu beginnen. Um die Konstruktion dieses Reaktors zu rechtfertigen und „im Prinzip zu bestätigen... die praktische Möglichkeit, die Wärme von Kernreaktionen von Kernanlagen in mechanische und elektrische Energie umzuwandeln“, wurde beschlossen, in Obninsk auf dem Territorium des Labors „ B“, ein Kernkraftwerk mit drei Reaktoranlagen, darunter die AM-Anlage, die zum Reaktor des Ersten Kernkraftwerks wurde.

Mit Beschluss des Ministerrats der UdSSR vom 16. Mai 1950 wurde die Forschung und Entwicklung im Bereich AM LIPAN (I.V. Kurchatov-Institut), NIIKhimmash, GSPI-11, VTI) anvertraut. 1950 - Anfang 1951 Diese Organisationen führten vorläufige Berechnungen (P.E. Nemirovsky, S.M. Feinberg, Yu.N. Zankov), vorläufige Designstudien usw. durch, dann wurden alle Arbeiten an diesem Reaktor gemäß der Entscheidung von I.V. durchgeführt. Kurchatov, ins Labor „B“ verlegt. Ernennung zum wissenschaftlichen Direktor, Chefdesigner – N.A. Dollezhal.

Der Entwurf sah folgende Reaktorparameter vor: thermische Leistung 30.000 kW, elektrische Leistung 5.000 kW, Reaktortyp – thermischer Neutronenreaktor mit Graphitmoderator und natürlicher Wasserkühlung.

Zu diesem Zeitpunkt verfügte das Land bereits über Erfahrungen im Bau von Reaktoren dieses Typs (Industriereaktoren zur Herstellung von Bombenmaterial), diese unterschieden sich jedoch erheblich von Leistungsreaktoren, zu denen auch der AM-Reaktor gehört. Schwierigkeiten waren mit der Notwendigkeit verbunden, im AM-Reaktor hohe Kühlmitteltemperaturen zu erreichen, was bedeutete, dass nach neuen Materialien und Legierungen gesucht werden musste, die diesen Temperaturen standhalten, korrosionsbeständig sind, keine Neutronen in großen Mengen absorbieren usw . Für Initiatoren des Baus von Kernkraftwerken mit AM-Reaktor Diese Probleme waren von Anfang an offensichtlich, die Frage war, wie schnell und wie erfolgreich sie überwunden werden könnten.

BERECHNUNGEN UND STAND

Als die Arbeiten an AM an Labor „B“ übertragen wurden, war das Projekt nur allgemein definiert. Es blieben noch viele physikalische, technische und technologische Probleme zu lösen, deren Anzahl mit dem Fortschreiten der Arbeiten am Reaktor zunahm.

Dies betraf zunächst einmal die physikalischen Berechnungen des Reaktors, die durchgeführt werden mussten, ohne dass viele der dafür notwendigen Daten vorlagen. Im Labor „B“ behandelte D.F. einige Fragen der Theorie thermischer Neutronenreaktoren. Zaretsky, und die Hauptberechnungen wurden von der Gruppe von M.E. durchgeführt. Minashin in der Abteilung A.K. Krasina. MICH. Minashin war besonders besorgt über das Fehlen präziser Werte für viele Konstanten. Es war schwierig, ihre Messung vor Ort zu organisieren. Auf seine Initiative hin wurden einige davon nach und nach hauptsächlich aufgrund von Messungen durch LIPAN und einige im Labor „B“ wieder aufgefüllt, aber im Allgemeinen konnte die hohe Genauigkeit der berechneten Parameter nicht garantiert werden. Daher wurde Ende Februar – Anfang März 1954 der AMF-Stand zusammengebaut – die kritische Montage des AM-Reaktors, die die zufriedenstellende Qualität der Berechnungen bestätigte. Und obwohl die Baugruppe nicht alle Bedingungen eines echten Reaktors reproduzieren konnte, stützten die Ergebnisse die Hoffnung auf Erfolg, obwohl viele Zweifel bestehen blieben.

An diesem Stand wurde am 3. März 1954 in Obninsk erstmals eine Kettenreaktion der Uranspaltung durchgeführt.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die experimentellen Daten ständig verfeinert wurden, wurde die Berechnungsmethodik bis zum Start des Reaktors verbessert, die Untersuchung der Reaktorbrennstoffbelastung, das Verhalten des Reaktors in nicht standardmäßigen Modi und die Parameter fortgesetzt der Absorberstäbe berechnet usw.

ERSTELLUNG VON BRENNSTOFFELEMENTEN

Eine weitere wichtige Aufgabe – die Schaffung eines Brennelements (Brennelement) – wurde von V.A. hervorragend gemeistert. Malykh und das Team der technologischen Abteilung des Labors „B“. An der Entwicklung von Brennstäben waren mehrere verwandte Organisationen beteiligt, aber nur die von V.A. vorgeschlagene Option. Klein, zeigte hohe Leistung. Die Suche nach einem Design wurde Ende 1952 mit der Entwicklung eines neuartigen Brennelements (mit einer Dispersionszusammensetzung von Uran-Molybdän-Körnern in einer Magnesiummatrix) abgeschlossen.

Diese Art von Brennelementen ermöglichte deren Aussortierung bei Vorreaktortests (hierfür wurden im Labor „B“ spezielle Stände geschaffen), was für die Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs des Reaktors sehr wichtig ist. Die Stabilität des neuen Brennelements im Neutronenfluss wurde am LIPAN am MR-Reaktor untersucht. Die Arbeitskanäle des Reaktors wurden am NIIKhimmash entwickelt.

Damit wurde zum ersten Mal in unserem Land das vielleicht wichtigste und schwierigste Problem der aufstrebenden Kernenergieindustrie gelöst – die Schaffung eines Brennelements.

KONSTRUKTION

Im Jahr 1951 begann gleichzeitig mit dem Beginn der Forschungsarbeiten am AM-Reaktor im Labor „B“ der Bau eines Kernkraftwerksgebäudes auf seinem Territorium.

P.I. wurde zum Bauleiter ernannt. Zakharov, Chefingenieur der Anlage – .

Wie sich D.I. erinnerte Blokhintsev: „Das Kernkraftwerksgebäude hatte in seinen wichtigsten Teilen dicke Wände aus Stahlbetonmonolithen, um biologischen Schutz vor nuklearer Strahlung zu bieten. In den Wänden wurden Rohrleitungen, Kanäle für Kabel, zur Belüftung usw. verlegt. Es ist klar, dass Änderungen unmöglich waren und daher wurden bei der Planung des Gebäudes, wo möglich, Vorkehrungen getroffen, um die erwarteten Änderungen zu berücksichtigen. Zur Entwicklung neuartiger Geräte und zur Durchführung von Forschungsarbeiten wurden wissenschaftliche und technische Aufträge an „Drittorganisationen“ – Institute, Konstruktionsbüros und Unternehmen – vergeben. Oftmals konnten diese Aufgaben selbst nicht abgeschlossen werden und wurden im weiteren Verlauf des Entwurfs geklärt und ergänzt. Die wichtigsten technischen und gestalterischen Lösungen... wurden vom Designteam unter der Leitung von N.A. entwickelt. Dollezhal und sein engster Assistent P.I. Aleshchenkov..."

Der Arbeitsstil beim Bau des ersten Kernkraftwerks zeichnete sich durch schnelle Entscheidungsfindung, Entwicklungsgeschwindigkeit, eine gewisse Tiefe der Vorstudien und Methoden zur Finalisierung der angenommenen technischen Lösungen sowie eine breite Abdeckung von Varianten- und Versicherungsbereichen aus. Das erste Kernkraftwerk entstand innerhalb von drei Jahren.

START

Anfang 1954 begann man mit der Erprobung und Erprobung verschiedener Bahnhofsanlagen.

Am 9. Mai 1954 begann im Labor „B“ die Beladung des Kernkraftwerksreaktorkerns mit Brennstoffkanälen. Bei der Einführung des 61. Treibstoffkanals wurde um 19:40 Uhr ein kritischer Zustand erreicht. Im Reaktor begann eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion der Spaltung von Urankernen. Die physische Inbetriebnahme des Kernkraftwerks erfolgte.

Er erinnerte sich an den Start und schrieb: „Allmählich nahm die Leistung des Reaktors zu, und schließlich sahen wir irgendwo in der Nähe des Gebäudes des Wärmekraftwerks, wo Dampf aus dem Reaktor zugeführt wurde, einen Strahl, der mit einem lauten Zischen aus dem Ventil austrat. Die weiße Wolke aus gewöhnlichem Dampf, der noch nicht heiß genug war, um die Turbine zu drehen, kam uns wie ein Wunder vor: Schließlich war dies der erste Dampf, der durch Atomenergie erzeugt wurde. Sein Auftritt war Anlass für Umarmungen, Glückwünsche zum „guten Dampf“ und sogar Freudentränen. Unsere Freude teilte I.V. Kurtschatow, der sich damals an der Arbeit beteiligte. Nach Erhalt von Dampf mit einem Druck von 12 atm. und bei einer Temperatur von 260 °C war es möglich, alle Komponenten des Kernkraftwerks unter konstruktionsnahen Bedingungen zu untersuchen, und zwar am 26. Juni 1954, während der Abendschicht, um 17:00 Uhr. Nach ca. 45 Minuten wurde das Dampfzufuhrventil zum Turbogenerator geöffnet und dieser begann mit der Stromerzeugung aus dem Kernkessel. Das erste Kernkraftwerk der Welt ist industriell belastet.“

„In der Sowjetunion wurden durch die Bemühungen von Wissenschaftlern und Ingenieuren die Arbeiten an der Planung und dem Bau des ersten industriellen Kernkraftwerks mit einer Nutzleistung von 5000 Kilowatt erfolgreich abgeschlossen. Am 27. Juni wurde das Kernkraftwerk in Betrieb genommen und versorgte Industrie und Landwirtschaft in den umliegenden Gebieten mit Strom.“

Noch vor der Inbetriebnahme wurde das erste Programm experimenteller Arbeiten am AM-Reaktor vorbereitet und bis zur Schließung der Station war es eine der Hauptreaktorbasen, auf der Neutronenphysik-Forschung, Forschung in der Festkörperphysik und die Prüfung von Brennstäben stattfanden , EGC, Herstellung von Isotopenprodukten usw. wurden durchgeführt. Im Kernkraftwerk wurden die Besatzungen der ersten Atom-U-Boote, des Atomeisbrechers „Lenin“ sowie Personal sowjetischer und ausländischer Kernkraftwerke ausgebildet.

Die Inbetriebnahme des Kernkraftwerks wurde für die jungen Mitarbeiter des Instituts zum ersten Test der Bereitschaft, neue und komplexere Probleme zu lösen. In den ersten Arbeitsmonaten wurden einzelne Einheiten und Systeme verfeinert, die physikalischen Eigenschaften des Reaktors, die thermischen Bedingungen der Ausrüstung und der gesamten Station eingehend untersucht, verschiedene Geräte modifiziert und korrigiert. Im Oktober 1954 wurde der Bahnhof auf seine vorgesehene Kapazität gebracht.

„London, 1. Juli (TASS). Die Ankündigung der Inbetriebnahme des ersten industriellen Atomkraftwerks in der UdSSR findet in der englischen Presse große Beachtung; der Moskauer Korrespondent des Daily Worker schreibt, dass dieses historische Ereignis „unermesslich größere Bedeutung hat als der Abwurf der ersten Atombombe auf Hiroshima.“ .

Paris, 1. Juli (TASS). Der Londoner Korrespondent der Agence France-Presse berichtet, dass die Ankündigung der Inbetriebnahme des weltweit ersten mit Kernenergie betriebenen Industriekraftwerks in der UdSSR in Londoner Kreisen von Nuklearspezialisten auf großes Interesse gestoßen sei. England, fährt der Korrespondent fort, baut in Calderhall ein Atomkraftwerk. Man geht davon aus, dass es frühestens in 2,5 Jahren in Dienst gestellt werden kann...

Shanghai, 1. Juli (TASS). Als Reaktion auf die Inbetriebnahme eines sowjetischen Kernkraftwerks berichtet der Rundfunk in Tokio: Auch die Vereinigten Staaten und England planen den Bau von Kernkraftwerken, planen jedoch, den Bau in den Jahren 1956-1957 abzuschließen. Die Tatsache, dass die Sowjetunion bei der Nutzung der Atomenergie für friedliche Zwecke England und Amerika voraus war, lässt darauf schließen, dass sowjetische Wissenschaftler auf dem Gebiet der Atomenergie große Erfolge erzielt haben. Einer der herausragenden japanischen Spezialisten auf dem Gebiet der Kernphysik, Professor Yoshio Fujioka, kommentierte die Ankündigung der Inbetriebnahme eines Kernkraftwerks in der UdSSR und sagte, dies sei der Beginn einer „neuen Ära“.

Das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks und von Kraftwerken, die konventionelle Brennstoffe (Kohle, Gas, Heizöl, Torf) verbrennen, ist das gleiche: Durch die erzeugte Wärme wird Wasser in Dampf umgewandelt, der unter Druck der Turbine zugeführt wird und dreht es. Die Turbine wiederum überträgt die Rotation auf einen Stromgenerator, der mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie umwandelt, also Strom erzeugt. Bei Wärmekraftwerken erfolgt die Umwandlung von Wasser in Dampf durch die Verbrennungsenergie von Kohle, Gas etc., bei Kernkraftwerken durch die Spaltungsenergie des Uran-235-Kerns.

Zur Umwandlung der Kernspaltungsenergie in Wasserdampfenergie werden verschiedene Arten von Anlagen eingesetzt, die sogenannten Kernreaktoren (Anlagen). Uran wird üblicherweise in Form von Dioxid – U0 2 – verwendet.

Uranoxid wird als Teil spezieller Strukturen in einen Moderator eingebracht – eine Substanz, bei deren Wechselwirkung Neutronen schnell Energie verlieren (verlangsamen). Für diese Zwecke wird es verwendet Wasser oder Graphit - Dementsprechend werden die Reaktoren als Wasser- oder Graphitreaktoren bezeichnet.

Um Energie (also Wärme) vom Kern zur Turbine zu übertragen, wird ein Kühlmittel verwendet – Wasser, flüssiges Metall(z. B. Natrium) oder Gas(zum Beispiel Luft oder Helium). Das Kühlmittel wäscht die Außenseite erhitzter versiegelter Strukturen, in deren Inneren eine Spaltungsreaktion stattfindet. Dadurch erwärmt sich das Kühlmittel und überträgt durch die Bewegung durch spezielle Rohre Energie (in Form seiner eigenen Wärme). Aus dem erhitzten Kühlmittel wird Dampf erzeugt, der unter hohem Druck der Turbine zugeführt wird.

Abb.G.1. Schematische Darstellung eines Kernkraftwerks: 1 – Kernreaktor, 2 – Umwälzpumpe, 3 – Wärmetauscher, 4 – Turbine, 5 – Stromgenerator

Bei einem Gaskühlmittel entfällt diese Stufe und das erhitzte Gas wird direkt der Turbine zugeführt.

In der russischen (sowjetischen) Kernenergieindustrie haben sich zwei Reaktortypen durchgesetzt: der sogenannte High Power Channel Reactor (RBMK) und der Water-Water Energy Reactor (WWER). Schauen wir uns am Beispiel von RBKM das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks etwas genauer an.

RBMK

RBMK ist eine Stromquelle mit einer Leistung von 1000 MW, was den Rekord darstellt RBMK-1000. Der Reaktor wird in einem Stahlbetonschacht auf einer speziellen Tragkonstruktion platziert. Drumherum, oben und unten gibt es biologischer Schutz(Schutz vor ionisierender Strahlung). Der Reaktorkern ist gefüllt Graphitmauerwerk(d. h. Graphitblöcke der Größe 25 x 25 x 50 cm, die auf eine bestimmte Weise gefaltet sind) mit zylindrischer Form. Über die gesamte Höhe werden vertikale Löcher angebracht (Abb. G.2.). Sie enthalten sogenannte Metallrohre Kanäle(daher der Name „Kanal“). In den Kanälen sind entweder Strukturen mit Brennstoff (TVEL – Brennelement) oder Stäbe zur Steuerung des Reaktors eingebaut. Die Ersten werden gerufen Kraftstoffkanäle, zweite - Kontroll- und Schutzkanäle. Jeder Kanal stellt eine unabhängige, versiegelte Struktur dar. Der Reaktor wird durch Eintauchen neutronenabsorbierender Stäbe in den Kanal gesteuert (zu diesem Zweck werden Materialien wie Cadmium, Bor und Europium verwendet). Je tiefer ein solcher Stab in die aktive Zone eindringt, desto mehr Neutronen werden absorbiert, daher nimmt die Zahl der spaltbaren Kerne ab und die Energiefreisetzung nimmt ab. Die Menge der entsprechenden Mechanismen wird aufgerufen Kontroll- und Schutzsystem (CPS).

Abb.G.2. RBMK-Diagramm.

Jedem Brennstoffkanal wird von unten Wasser zugeführt, das dem Reaktor von einer speziellen leistungsstarken Pumpe zugeführt wird – so heißt es Hauptumwälzpumpe (MCP). Beim Waschen des Brennelements kocht das Wasser und am Auslass des Kanals bildet sich ein Dampf-Wasser-Gemisch. Sie betritt Trommelseparator (BS)- ein Gerät, mit dem Sie trockenen Dampf vom Wasser trennen können. Das abgetrennte Wasser wird von der Hauptumwälzpumpe zum Reaktor zurückgeleitet, wodurch der Kreislauf „Reaktor – Trommelabscheider – GNC“ geschlossen wird - Reaktor". Es wird genannt Mehrfacher Zwangsumlaufkreislauf (MCPC). Im RBMK gibt es zwei solcher Schaltkreise.

Die für den RBMK-Betrieb erforderliche Menge an Uranoxid beträgt etwa 200 Tonnen (bei deren Verwendung wird die gleiche Energie freigesetzt wie bei der Verbrennung von etwa 5 Millionen Tonnen Kohle). Der Brennstoff „arbeitet“ im Reaktor 3-5 Jahre lang.

Das Kühlmittel ist drin Geschlossener Stromkreis, von der äußeren Umgebung isoliert sein, unter Ausschluss jeglicher erheblicher Strahlenbelastung. Dies wird durch Untersuchungen der Strahlungssituation rund um Kernkraftwerke bestätigt, sowohl durch die Stationsdienste selbst als auch durch Regulierungsbehörden, Umweltschützer und internationale Organisationen.

Kühlwasser stammt aus einem Reservoir in der Nähe der Station. In diesem Fall hat das entnommene Wasser eine natürliche Temperatur und das Wasser, das in den Speicher gelangt, ist etwa 10 °C höher. Es gibt strenge Vorschriften für die Heiztemperatur, die noch verschärft werden, um die lokalen Ökosysteme zu berücksichtigen, aber die sogenannte „thermische Verschmutzung“ eines Gewässers ist wahrscheinlich der größte Umweltschaden durch Kernkraftwerke. Dieser Nachteil ist nicht grundlegend und unüberwindbar. Um dies zu vermeiden, zusammen mit Kühlteichen (oder anstelle von ihnen), Kühltürme Es handelt sich um riesige Bauwerke in Form von konischen Rohren mit großem Durchmesser. Nach der Erwärmung im Kondensator wird das Kühlwasser zahlreichen Rohren im Inneren des Kühlturms zugeführt. Diese Rohre haben kleine Löcher, durch die Wasser ausfließt und so im Inneren des Kühlturms eine „Riesendusche“ erzeugt. Das fallende Wasser wird durch atmosphärische Luft gekühlt und unter dem Kühlturm in einem Becken gesammelt, von wo aus es zur Kühlung des Kondensators entnommen wird. Durch die Wasserverdunstung bildet sich über dem Kühlturm eine weiße Wolke.

Radioaktive Emissionen aus Kernkraftwerken 1-2 Bestellungen unter den maximal zulässigen (d. h. akzeptablen sicheren) Werten und der Konzentration von Radionukliden in den Gebieten, in denen sich Kernkraftwerke befinden Millionen Mal weniger als die maximal zulässige Konzentration und Zehntausende Mal weniger als das natürliche Maß an Radioaktivität.

Radionuklide, die während des Kernkraftwerksbetriebs in das Betriebssystem gelangen, sind hauptsächlich Spaltprodukte. Der Hauptteil davon sind inerte radioaktive Gase (IRG), die kurze Perioden haben Halbwertszeit und haben daher keine nennenswerten Auswirkungen auf die Umwelt (sie zerfallen, bevor sie Zeit haben, Einfluss zu nehmen). Ein Teil der Emissionen besteht neben Spaltprodukten auch aus Aktivierungsprodukten (Radionukliden, die aus stabilen Atomen unter dem Einfluss von Neutronen entstehen). Bedeutsam aus Sicht der Strahlungseinwirkung sind langlebige Radionuklide(DZN, die wichtigsten dosisbildenden Radionuklide sind Cäsium-137, Strontium-90, Chrom-51, Mangan-54, Kobalt-60) und Radioisotope von Jod(hauptsächlich Jod-131). Gleichzeitig ist ihr Anteil an den Emissionen von Kernkraftwerken äußerst unbedeutend und beträgt tausendstel Prozent.

Ende 1999 überstiegen die Radionuklidemissionen von Kernkraftwerken aus inerten radioaktiven Gasen 2,8 % der zulässigen Werte für Uran-Graphit-Reaktoren und 0,3 % für WWER und BN nicht. Bei langlebigen Radionukliden überstiegen die Emissionen nicht 1,5 % der zulässigen Emissionen für Uran-Graphit-Reaktoren und 0,3 % für WWER und BN, für Jod-131 1,6 % bzw. 0,4 %.

Ein wichtiges Argument für die Kernenergie ist die Kompaktheit des Brennstoffs. Die gerundeten Schätzungen lauten wie folgt: Aus 1 kg Brennholz kann man 1 kWh Strom erzeugen, aus 1 kg Kohle - 3 kWh, aus 1 kg Öl - 4 kWh, aus 1 kg Kernbrennstoff (niedrig angereichertes Uran) -300.000 kWh.

A träges Aggregat 1 GW Kapazität verbraucht etwa 30 Tonnen schwach angereichertes Uran pro Jahr (d. h. ca ein Auto pro Jahr). Um ein Betriebsjahr mit gleicher Leistung zu gewährleisten Kohlekraftwerk Es werden etwa 3 Millionen Tonnen Kohle benötigt (also ca fünf Züge pro Tag).

Freisetzung langlebiger Radionuklide Kohle- oder Ölkraftwerke in im Durchschnitt 20-50 (und einigen Schätzungen zufolge 100) mal höher als ein Kernkraftwerk gleicher Leistung.

Kohle und andere fossile Brennstoffe enthalten Kalium-40, Uran-238 und Thorium-232, deren spezifische Aktivität jeweils von mehreren Einheiten bis zu mehreren hundert Bq/kg reicht (und dementsprechend auch Mitglieder ihrer radioaktiven Reihe wie Radium-226). , Radium-228, Blei-210, Polonium-210, Radon-222 und andere Radionuklide). Isoliert von der Biosphäre in der Dicke des Erdgesteins werden sie bei der Verbrennung von Kohle, Öl und Gas freigesetzt und in die Atmosphäre abgegeben. Darüber hinaus handelt es sich vor allem um die gefährlichsten alphaaktiven Nuklide aus Sicht der inneren Strahlung. Und obwohl die natürliche Radioaktivität von Kohle normalerweise relativ gering ist, Menge Der pro erzeugte Energieeinheit verbrannte Kraftstoff ist enorm.

Aufgrund der Strahlendosis für die Bevölkerung, die in der Nähe eines Kohlekraftwerks lebt (mit einem Reinigungsgrad der Rauchemissionen von 98–99 %). mehr als die Strahlendosis für die Bevölkerung in der Nähe des Kernkraftwerks 3-5 mal.

Zusätzlich zu den Emissionen in die Atmosphäre ist zu berücksichtigen, dass an Orten, an denen Abfälle aus Kohlekraftwerken konzentriert sind, die Hintergrundstrahlung erheblich zunimmt, was zu Dosen führen kann, die den zulässigen Höchstwert überschreiten. Ein Teil der natürlichen Aktivität der Kohle ist in der Asche konzentriert, die in Kraftwerken in großen Mengen anfällt. Gleichzeitig werden in Ascheproben aus der Lagerstätte Kansko-Achinskoye Werte von über 400 Bq/kg beobachtet. Die Radioaktivität der Flugasche aus Donbass-Kohle übersteigt 1000 Bq/kg. Und dieser Abfall ist keineswegs von der Umwelt isoliert. Bei der Erzeugung einer GWh Strom durch Kohleverbrennung werden Hunderte GBq an Aktivität (hauptsächlich Alpha) in die Umwelt freigesetzt.

Konzepte wie „Strahlungsqualität von Öl und Gas“ erregen erst seit relativ kurzer Zeit große Aufmerksamkeit, während der Gehalt an natürlichen Radionukliden (Radium, Thorium und andere) erhebliche Werte erreichen kann. Beispielsweise beträgt die volumetrische Aktivität von Radon-222 in Erdgas durchschnittlich 300 bis 20.000 Bq/m 3 mit Höchstwerten von bis zu 30.000 bis 50.000. Und Russland produziert fast 600 Milliarden solcher Kubikmeter pro Jahr.

Dennoch ist zu beachten, dass radioaktive Emissionen sowohl aus Kernkraftwerken als auch aus thermischen Kraftwerken keine spürbaren Folgen für die öffentliche Gesundheit haben. Auch für Kohlekraftwerke handelt es sich um einen drittklassigen Umweltfaktor, der deutlich geringere Bedeutung hat als andere: Chemikalien- und Aerosolemissionen, Abfall usw.

ANHANG H