Общ

Ядрено топене и как може да бъде предотвратено


В момента има438 ядрени енергийни реактори в експлоатация в света днес. В момента две са в процес на извеждане от експлоатация71 са в процес на строителство. Заедно те генерират почти400 000 MWeна властта. През 2014 г. са произведени ядрени реактори 11% от цялото световно производство на енергия. Цялата тази енергия, идваща от радиоактивен източник, поражда важния въпрос: Какво ще се случи по време на ядрено разпадане?

Има много инсинуации, свързани с ядрената енергетика. В историята е имало две катастрофални ядрени аварии, които са довели до човешки жертви и несметни екологични щети. Обаче след събитията след Чернобил и Фукушима ядрените реактори по света са претърпели значителни модификации, за да гарантират, че събитията, случили се в миналото на историята, никога повече няма да се повторят.

Може би най-безопасните реактори в света принадлежат на никой друг освен Канада, един от световните лидери в производството на ядрена енергия и технологиите.

Реакторът CANDU

Реакторът CANDU получава името си от земята, в която е изобретен - Канада. Той също така използва деутериев оксид (тежка вода) като модератор и уран като източник на гориво.

Реакторите са уникални с това, че използват технологии, които повечето други реактори не могат да СЪОТВЕТСТВАТ.

Усъвършенстваният генератор на енергия е най-ефективният от всички реактори, задвижвани с уран. В сравнение с други типове реактори, реакторът CANDU използва около 15% по-малко уран от водния реактор под налягане за всеки произведен мегават електроенергия.

Реакторът също не се нуждае от обогатен уран, което изключва необходимостта от допълнителна стъпка на рафинерия.

"Реакторите CANDU могат да бъдат зареждани, докато работят с пълна мощност, докато повечето други конструкции трябва да бъдат изключени за презареждане. Освен това, тъй като естественият уран не изисква обогатяване, разходите за гориво за реакторите CANDU са много ниски", обяснява Канадската ядрена асоциация.

Без необходимостта от обогатен уран, реакторите CANDU работят със сравнително по-малко уран и следователно с по-ниски разходи. Освен това радиоактивните отпадъци са значително по-малко опасни.

Как работи

Ядрените реактори са изключително прости. С реактора CANDU той генерира енергия чрез използване на енергията от реакция на делене. Разделянето се получава, когато нестабилен атом се раздели, отделяйки радиация и топлина.

Източникът на гориво на реактора се състои от естествено срещащ се уран. Нестабилните свойства на урана карат атома да се раздели на по-стабилни изотопи, което води до отделяне на топлина и радиация.

Резултатът от радиацията създава верижна реакция чрез разделяне на други ядра, създавайки повече топлина и повече радиация. Част от процеса на разпадане разчита на излъчването на неутронно лъчение.

Тъй като неутроните се изхвърлят с висока скорост, те се сблъскват с други ядра, за да инициират разпадането на други атоми, продължавайки веригата от делящи се реакции.

Целият уран се съдържа в специализирани горивни пръти.

Горивните пръти се загряват значително и трябва да се охлаждат с вода. Водата тече през пръчките, за да ги охлади, като същевременно води до бързо нагряване на водата. След това топлината и налягането могат да бъдат използвани от парна турбина.

В реакторите CANDU се използва тежка вода за охлаждане на пръчките. Тъй като обаче водата преминава през пръчките, тя е изложена на опасни количества радиация.

За да се предотврати изтичането на радиация, тежката вода тече през топлообменник, който пренася по-голямата част от топлината си в отделна охладителна система, без да смесва охлаждащата течност. Топлината се предава на независим воден поток, който остава нерадиоактивен.

Оттам водата кипи, произвеждайки пара и налягане. След това турбина може да събере енергията и да произведе обилно количество енергия дори за най-малките реактори.

Малките реактори могат да осигурят захранване на милиони домове

Най-малкият реактор в Канада CANDU, разположен в Пикеринг, Онтарио, съдържа само четири реактора CANDU. Въпреки малкия размер, електроцентралата осигурява достатъчно енергия за доставка 2,5 милиона домакинствас електричество.

Реакторите CANDU са изключително безопасни и ефективни за работа. В реактора обаче остават силно радиоактивни изотопи. Ако се третира неправилно, резултатът ще бъде опустошителен.

За да осигурят абсолютна безопасност на своите централи, реакторите CANDU използват някои от най-модерните и безопасни технологии, които предотвратяват най-лошия сценарий: ядрено разпадане.

Предотвратяване на ядрено топене

В основата на атомната електроцентрала еядрен реактор. Водните помпи непрекъснато циркулират охлаждащата течност над пръчките и през реактора, за да гарантират, че температурите се поддържат на безопасни нива.

Целият реакционен процес се съдържа вкаландрия, нещо като силно подсилена обвивка, която напълно обгражда реактора.

При нормална работа реакторът се контролира чрез увеличаване, намаляване или спиране на верижната реакция, случваща се в реактора.

Контролните пръти в активната зона на реактора могат да се повдигат и спускат, за да се регулира скоростта на делене на урана. Контролните пръти се състоят от елементи, включително бор, сребро, индий и кадмий - всички от които са достатъчни за абсорбиране на неутрони - важна характеристика при забавяне на неутроните (частиците, които инициират и увеличават верижната реакция).

По време на реакцията на уран се отделя неутронно лъчение. Когато неутроните се изхвърлят от урана по време на процеса на делене, те се сблъскват с други атоми и инициират повече реакции.

Тъй като контролните пръти са достатъчни за абсорбиране на неутрони, когато се въвеждат в активната зона на реактора, те прихващат нечистотните неутрони и значително забавят процеса на делене.

Резервни системи за безопасност

Ако обаче контролните пръти не успеят да забавят скоростта на реакция до устойчиви нива, вторична система за безопасност ще открие нередността и автоматично ще инжектира отрова, която веднага ще спре верижната реакция.

Theсистема за контрол на течни отрови въвежда разтвор на бор като борен анхидрид и гадолиний като гадолиниев нитрат, разтворен в D2O (тежка вода).

Подобно на контролните пръти, отровата прихваща неутрони, предотвратявайки каскадна верижна реакция в ядрено стопяване.

Както управляващите пръти, така и системата за впръскване на отрова се активират автоматично и функционират без захранване. Те обаче могат да се управляват и ръчно. Системите се тестват и проверяват редовно при строго регулиране.

Какво се случва по време на спиране на тока

В случай на прекъсване на електрозахранването, както управляващите пръти, така и инжекционните системи ще се активират автоматично, спирайки верижната реакция.

Въпреки това горивните пръти все още генерират топлина и изискват охлаждане. Произвежданата топлина, известна катозагряваща топлина, представлява малка част от топлината, която се получава при нормална работа.

Електроцентралата разполага с множество източници на резервно захранване, включително мощността, която генерира сама, за да поддържа помпите циркулираща вода и да поддържа реактора хладен. Атомната централа изисква само един реактор, който да захранва всички водни помпи за охлаждане на горивните пръти.

Въпреки това, ако всеки реактор бъде изключен без достъп до външно захранване, аварийните генератори на енергия се държат на място, за да гарантират, че водните помпи се захранват непрекъснато.

Във всяка атомна електроцентрала в Канада има поне два или три резервни генератора на енергия, два или три аварийни генератора на енергия и аварийни батерии.

В изключително малко вероятния случай на тотално спиране на станцията атомните електроцентрали разполагат с още повече резервни системи, за да гарантират, че централата няма да се стопи.

Естествена циркулация

В този момент, без достъп до външно захранване и с отказ на множество системи за безопасност, започват да започват аварийни процедури за безопасност.

Ако приемем, че няма външна енергия, вътрешна мощност и средства за захранване от резервни генератори, реакторите CANDU ще продължат да охлаждат естествено реакторите чрез естествена циркулация.

Загряващата топлина на активната зона на реактора постоянно ще се захранва с вода без помпи, стига водният басейн над реактора да е пълен.

Резервното водоснабдяване ще осигурява вода на парогенераторите, за да поддържа циркулацията на охлаждащата течност. За продължителни периоди водата трябва непрекъснато да се добавя към басейна, за да се осигури постоянна циркулация.

Аварийно резервно оборудване

През това време се въвежда оборудване за аварийно смекчаване, за да се осигури постоянно охлаждане на реактора. В отговор на бедствието във Фукушима всички канадски електроцентрали вече имат мобилно аварийно оборудване в режим на готовност. Мобилни помпи и пожарни коли могат да се използват за охлаждане на реактора.

Може да се отдели пара от парогенераторите, за да се намали количеството топлина и натрупването на налягане. Тази пара идва от вторичната охладителна система и е напълно безопасна и не е радиоактивна.

До този момент не е отделено излъчване и реакторът не е претърпял никакви повреди. Според канадското правителство електроцентралата все още може да бъде върната онлайн, след като е преминала серия от проверки.

Тотален отказ на системата: Началото на разтопяването

Ако приемем, че цялото резервно оборудване за безопасност се повреди и естествената циркулация не се поддържа, тежката вода ще започне да кипи в трезора. Произвежда се радиоактивна пара, но сградата на реактора ще съдържа цялата радиация.

Тежката вода ще продължи да кипи, докато напълно се изпари. Тежката вода, съдържаща се в каландрията, също би кипнала, причинявайки щети на горивните пръти.

Важно е да се отбележи, че аварийните системи могат да спрат повредата на реактора чрез добавяне на вода към каландрията.

Ако обаче не се намесят аварийни мерки, водата ще продължи да кипи и реакторът ще претърпи значителни щети. Генерира се повече радиоактивна пара, което води до повишаване на налягането в сградата на реактора.

Системи за намаляване на налягането

За да се предотврати повреда на сградата на реактора, налягането трябва да се понижи.

В единични реакторни централи аварийната вода се пръска в сградата. Водата охлажда и кондензира парата, значително намалявайки налягането.

За да се контролира вътрешното налягане в многоблоков реактор, налягането може да се облекчи чрез изпускане на пара в масивна вакуумна камера.

Подобно на системите за безопасност, споменати по-горе, вакуумната сграда пак ще работи без захранване.

Водата може също да се инжектира във вакуумната камера за допълнително намаляване на парата. Като един от последните етапи на безопасност ще се инжектира резервно подаване на течен азот за охлаждане на реактора.

Ако аварийните операции все още не успеят да добавят вода към каландрията, тежката вода напълно ще се изпари, в резултат на което ядреното гориво ще се стопи. Горивото ще започне да загрява водата, която остава в свода, който съдържа реактора.

Производство на водород

Когато уранът се стопи, той произвежда водород. Допълнителни предпазни устройства превръщат част от водорода във вода, предотвратявайки натрупването на експлозивен газ в сградата на реактора.

До този момент не е имало изтичане на радиация в околната среда. На този етап обаче се изпълняват аварийни операции, така че контролираното обезвъздушаване може да освободи част от радиоактивния водороден газ и радиоактивната тежка вода.

Ако все още не се използват достатъчно аварийни служби, горивото ще изпари цялата вода в трезора. Горивото ще се стопи през основата върху дебела бетонна плоча.

Процедурите за евакуация биха започнали, за да бъдат отстранени хора в голям радиус. След това ще бъдат въведени в действие операции по възстановяване, които да съдържат сайта.

Въпреки това, вероятността от събитие, каскадиращо се в такъв тежък сценарий, е изключително малка. В съвременните ядрени реактори много сейфове осигуряват максимална безопасност на околната среда и хората около нея.

Отвъд опасностите

Ядрената енергия предлага жизнеспособна алтернатива на производството на енергия от изкопаеми горива. През последните няколко години ядрените реактори значително намалиха въглеродния товар на планетата. В историята има няколко незначителни инцидента, два големи инцидента, свързани с изпускането на радиация.

Въпреки това, когато се използва правилно, производството на ядрена енергия е ефективно средство за производство на енергия. Понастоящем няма достатъчно възобновяеми енергийни източници, които да натрупат невероятното количество енергия, произведена от атомните електроцентрали.

С глобалното затопляне светът не може да си позволи добавянето на централи за изкопаеми горива, за да компенсира ядрената енергия. За момента атомните електроцентрали са необходими, за да осигурят на света достатъчно електричество.

Като се има предвид това, трябва да се инвестират значително повече изследвания за намиране на жизнеспособни алтернативи за възобновяеми източници. Освен това все още трябва да се направят открития, за да се разработят методи за безопасно боравене с радиоактивните отпадъци.

Може би решението може да бъде изоставянето на технологиите за делене изцяло вместо силата на синтез. Към този момент обаче правителствата не инвестират достатъчно пари в алтернативни източници.

Дотогава е наложително да се гарантира, че атомните електроцентрали, които продължават да работят днес, са принудени да спазват най-строгите разпоредби, уреждащи изпълнението и безопасността на тяхната експлоатация, за да се предотврати ядрено разпадане.

Това не е идеално решение, уви, това е решение, което работи - засега.

Написано от Maverick Baker


Гледай видеото: Топ 10 факта за аварията в Чернобил (Юни 2021).