11

Середня загальноосвітня школа №81

м. Дніпропетровськ

2011

Семенова Юлія ЄвгенівнаВчитель фізики

22

Ядерна енергетика - це, насамперед, уміння тримати Ядерна енергетика - це, насамперед, уміння тримати під контролем реакцію розпаду ядер урану, яка під контролем реакцію розпаду ядер урану, яка

відбувається в реакторах і нагріває пар, що обертає відбувається в реакторах і нагріває пар, що обертає турбіни електричного генераторатурбіни електричного генератора

33

Незважаючи на те, що ядерна енергія реально Незважаючи на те, що ядерна енергія реально забезпечує людині “безвуглеводну” енергію за забезпечує людині “безвуглеводну” енергію за

розумними цінами, вона ж показує і свою розумними цінами, вона ж показує і свою небезпечну сторону у вигляді радіації та інших небезпечну сторону у вигляді радіації та інших

лихлих

44

Атомні електростанції – це основа Атомні електростанції – це основа ядерної енергетики, які ядерної енергетики, які

використовують ядерну енергію для використовують ядерну енергію для цілей електрифікації і теплофікаціїцілей електрифікації і теплофікації

Для здійснення ланцюгової ядерної Для здійснення ланцюгової ядерної реакції використовують складні реакції використовують складні технічні прилади – ядерні (атомні) технічні прилади – ядерні (атомні) реактори. Перший в світі реактор реактори. Перший в світі реактор був збудований у 1942 році в США, був збудований у 1942 році в США, роботами керував італійський фізик роботами керував італійський фізик Е.Фермі. Е.Фермі. У Європі першим ядерним У Європі першим ядерним реактором стала установка Ф-1. реактором стала установка Ф-1. Вона була запущена 25 грудня Вона була запущена 25 грудня 1946 року в Москві під 1946 року в Москві під керівництвом. В. Курчатовакерівництвом. В. Курчатова

55

Ядерний реакторЯдерний реактор – установка, в якій – установка, в якій відбувається керована ланцюгова відбувається керована ланцюгова реакція ділення важких ядер і яка реакція ділення важких ядер і яка

супроводжується виділенням енергіїсупроводжується виділенням енергії

66

Будь-який ядерний реактор складається з наступних частин: активна зона з ядерним паливом і сповільнювачем; відбивач нейтронів, що оточує активну зону; теплоносій; система регулювання ланцюгової реакції, у тому числі аварійний захист; радіаційний захист; система дистанційного керування.

Реактор на тепловых нейтронах1 — управляющий стержень;2 — биологическая защита;

3 — теплоизоляция;4 — замедлитель;

5 — ядерное топливо;6 — теплоноситель.

Основним компонентом ядерногоОсновним компонентом ядерногореактора є його осердя, або активна зона, реактора є його осердя, або активна зона, де розщеплюється паливо і здійснюється де розщеплюється паливо і здійснюється

керована ланцюгова реакція. керована ланцюгова реакція. Перед розщепленням уранову масу Перед розщепленням уранову масу збагачують і перетворюють у покриті збагачують і перетворюють у покриті

керамічним матеріалом пігулкикерамічним матеріалом пігулки

77

Усередині реактора безперервно Усередині реактора безперервно відбувається ядерна реакція. відбувається ядерна реакція. Атоми урану в паливних стержнях Атоми урану в паливних стержнях розщепляються і випускають нейтрони,розщепляються і випускають нейтрони,швидкість яких регулюють водяні абошвидкість яких регулюють водяні абографітові «сповільнювачі» таким чином,графітові «сповільнювачі» таким чином,щоб збільшити розщеплення атомів щоб збільшити розщеплення атомів урану в ланцюговій реакції доурану в ланцюговій реакції домаксимуму. Під час розщеплення атомівмаксимуму. Під час розщеплення атомівутворюється тепло. При цьому трубкиутворюється тепло. При цьому трубкивесь час занурені у воду, яка відбираєвесь час занурені у воду, яка відбираєтепло. тепло. На одних ядерних електростанціяхНа одних ядерних електростанціяхвода, що проходить крізь активну зону вода, що проходить крізь активну зону реактора, кипить і перетворюється на реактора, кипить і перетворюється на пару, яку подають безпосередньо до пару, яку подають безпосередньо до турбін, а на інших тепло передаєтьсятурбін, а на інших тепло передаєтьсялише на вторинній системі, і аж тоділише на вторинній системі, і аж тодівода закипає і перетворюється на парувода закипає і перетворюється на пару

88

Ланцюгову реакцію треба Ланцюгову реакцію треба підтримувати, але нею треба також підтримувати, але нею треба також

керувати. Якщо водночас керувати. Якщо водночас розщеплюється надто велика кількість розщеплюється надто велика кількість атомів, то вивільняється дуже багато атомів, то вивільняється дуже багато тепла і система може не витримати тепла і система може не витримати

перегрівуперегріву Щоб запобігти цього,

використовують контрольні стрижні та системи охолодження

активної зони реактора. Контрольні стрижні – це основні

механізми, що регулюють швидкість розщеплення

Ядерний реактор CROCUS

99

Якщо між паливними стержнями вставити контрольні, то швидкість Якщо між паливними стержнями вставити контрольні, то швидкість розщеплення зменшиться, бо нейтрони, які звичайно розщеплюють розщеплення зменшиться, бо нейтрони, які звичайно розщеплюють інші уранові ядра, поглинаються контрольними стрижнями, що діють інші уранові ядра, поглинаються контрольними стрижнями, що діють неначе губка. І навпаки, якщо контрольні стрижні витягнути, то неначе губка. І навпаки, якщо контрольні стрижні витягнути, то швидкість розщеплення збільшується, бо вивільнюється більше швидкість розщеплення збільшується, бо вивільнюється більше нейтронів, здатних розщеплювати сусідні атоми урану. Якщо вставити нейтронів, здатних розщеплювати сусідні атоми урану. Якщо вставити всі контрольні стрижні, то розщеплення атомів припиняється і реактор всі контрольні стрижні, то розщеплення атомів припиняється і реактор вимикаєтьсявимикається

Однак контрольні Однак контрольні стрижні вбирають стрижні вбирають нейтрони, а не тепло. нейтрони, а не тепло. Тому, щоб не Тому, щоб не розтопилася активна розтопилася активна зона реактора, зона реактора, потрібна ще одна потрібна ще одна система. Вона система. Вона називається системою називається системою охолодження активної охолодження активної зони реакторазони реактора

1010

У більшості таких систем для охолодження У більшості таких систем для охолодження використовується вода. У міру того, як розщеплюється використовується вода. У міру того, як розщеплюється

уранове паливо, утворюється тепло, яке проходить крізь уранове паливо, утворюється тепло, яке проходить крізь стіни трубок з паливними пігулками. Ці трубки занурені у стіни трубок з паливними пігулками. Ці трубки занурені у воду, яка безперервно циркулює в активній зоні завдяки воду, яка безперервно циркулює в активній зоні завдяки дії охолоджувальних помп. Саме ця вода й охолоджує дії охолоджувальних помп. Саме ця вода й охолоджує

циркалоєві трубки, не даючи їм розтопитисяциркалоєві трубки, не даючи їм розтопитися

1111

Типи ядерних реакторівТипи ядерних реакторів

1) водо-водяні зі звичайною водою в 1) водо-водяні зі звичайною водою в якості сповільнювача і якості сповільнювача і теплоносія;теплоносія;

2) графіто-водні (вода - теплоносій, 2) графіто-водні (вода - теплоносій, графіт - сповільнювач)графіт - сповільнювач)

3) важководні (вода - теплоносій, важка 3) важководні (вода - теплоносій, важка вода - сповільнювач)вода - сповільнювач)

4) графіто-газові (газ - теплоносій, 4) графіто-газові (газ - теплоносій, графіт - сповільнювач)графіт - сповільнювач)

Найбільш часто на АЕС застосовуються 4 типи Найбільш часто на АЕС застосовуються 4 типи реакторів на теплових нейтронах:реакторів на теплових нейтронах:

1212

Будова активної зони реактора «ВВЭР»Будова активної зони реактора «ВВЭР»

Сповільнювач – вода, теплоносій – водаСповільнювач – вода, теплоносій – вода

Вона має міцний зовнішній сталевий корпус, у разі непередбачених обставин можна локалізувати можливу аварію. Корпус повністю заповненийводою під високим тиском. Вода подається в реактор знизу під тиском. Зверху реактор закритий сталевий кришкою, що герметизує його корпус. Характерна риса такого типу реакторів – високий рівень самозахисту. Реактор буде стійкий до впливу землетрусу, падіння літака, вибухової хвилі

1313

Будова АЕСБудова АЕС

Атомна електростанція – це електростанція, в якій атомна енергія преобразуется в електричну

1414

Принцип Принцип діїдії АЕС АЕС Тепло, що виділяється Тепло, що виділяється

в активній зоні в активній зоні реактора, відбирається реактора, відбирається водою 1-го контуру, що водою 1-го контуру, що прокачується через прокачується через реактор насосом.реактор насосом.

Нагріта вода з Нагріта вода з реактора надходить в реактора надходить в теплообмінник де теплообмінник де передає тепло воді 2-го передає тепло воді 2-го контуру.контуру.

Вода 2-го контуру Вода 2-го контуру випаровується в випаровується в парогенераторі і парогенераторі і утворюється пар утворюється пар надходить в турбіну.надходить в турбіну.

1515

У другій половині 40-х рр. ще до закінчення робіт по У другій половині 40-х рр. ще до закінчення робіт по створенню першої радянської атомної бомби (її створенню першої радянської атомної бомби (її випробування відбулося 29 серпня 1949 року), випробування відбулося 29 серпня 1949 року),

радянські вчені розпочали розробки перших проектів радянські вчені розпочали розробки перших проектів мирного використання атомної енергії, генеральним мирного використання атомної енергії, генеральним напрямком якого відразу ж стала електроенергетиканапрямком якого відразу ж стала електроенергетика

У 1948 р. почалися перші роботи з практичного У 1948 р. почалися перші роботи з практичного застосування енергії атома для отримання застосування енергії атома для отримання

електроенергіїелектроенергії

Реактор першої в світі АЕС

1616

Теоретично ядерна енергія близька до ідеальної. Вона Теоретично ядерна енергія близька до ідеальної. Вона ефективна і недорога. У добу, коли нафтові запаси ефективна і недорога. У добу, коли нафтові запаси

обмежені, атомна енергетика забезпечує незалежність обмежені, атомна енергетика забезпечує незалежність тієї чи іншої країни від країн – експортерів нафтитієї чи іншої країни від країн – експортерів нафти

Проте найпалкіші Проте найпалкіші прихильники ядерної прихильники ядерної енергетики визнають, енергетики визнають, що з її виробництвом що з її виробництвом

пов’язано чимало пов’язано чимало проблемпроблем

1717

«ЗА» чи «ПРОТИ»«ЗА» чи «ПРОТИ»

Економія органічного палива Малі маси пального Отримання великої потужності з одного реактора Низькі транспортні витрати енергії Відсутність потреби в атмосферному повітрі АЕС не забруднюють атмосферу, не вимагають створення великих водосховищ, що займають великі площі

Безпека реактора (можливість аварії з розгоном реактора, радіоактивні викиди в навколишнє середовище) Радіоактивні відходи (утилізація відпрацьованого палива) Особливості ремонту Складність ліквідації ядерного енергетичного об'єкта Висока кваліфікація і відповідальність кадрів Доступність для тероризму і шантажу з катастрофічними наслідкамиДорого коштує видобуток палива

ПЕРЕВАГИ ПРОБЛЕМИ

1818

Катастрофа на чорнобильській АЕС перетворила велику

частину країни в зону екологічного нещастя

З карти України зникло 333

населених пункти

1919

Зараз у зв'язку з трагічними подіями в Японії (катастрофи на АЕС Зараз у зв'язку з трагічними подіями в Японії (катастрофи на АЕС "Фукусіма") світова спільнота напевно перегляне своє ставлення "Фукусіма") світова спільнота напевно перегляне своє ставлення до використання "мирного" атома. Атомні електростанції, як до використання "мирного" атома. Атомні електростанції, як показує досвід їх експлуатації, незважаючи на свою високу показує досвід їх експлуатації, незважаючи на свою високу технологічність, дуже небезпечні для всього людства. Техногенна технологічність, дуже небезпечні для всього людства. Техногенна катастрофа на будь-який АЕС, як правило, ставить під загрозу катастрофа на будь-який АЕС, як правило, ставить під загрозу здоров'я і життя багатьох держав.здоров'я і життя багатьох держав.

АЕС “Фукусіма-1” до катастрофи

2020

Оволодівши атомною енергією, людство Оволодівши атомною енергією, людство мимоволі поставило під загрозу сам факт свого мимоволі поставило під загрозу сам факт свого існування, так як розщеплення атомного ядра – існування, так як розщеплення атомного ядра –

це найнебезпечніший з процесів, відомих людині. це найнебезпечніший з процесів, відомих людині. З його допомогою можна обернути Землю на З його допомогою можна обернути Землю на

пустелю, але й можна примусити пустелю пустелю, але й можна примусити пустелю зацвісти буйним цвітомзацвісти буйним цвітом

2121

Енергетична проблема виросла в XXI столітті в Енергетична проблема виросла в XXI столітті в глобальну проблему всього людства. Як вона глобальну проблему всього людства. Як вона буде вирішуватися, якими джерелами енергії буде вирішуватися, якими джерелами енергії буде належати головна роль в економіці, - від буде належати головна роль в економіці, - від цього багато в чому буде залежати розвиток цього багато в чому буде залежати розвиток

цивілізації на землі. цивілізації на землі.

Адже головна проблема сучасної енергетики - не Адже головна проблема сучасної енергетики - не виснаження мінеральних ресурсів, а загрозлива виснаження мінеральних ресурсів, а загрозлива екологічна обстановка: ще задовго до того, як екологічна обстановка: ще задовго до того, як будуть використані всі можливі ресурси, може будуть використані всі можливі ресурси, може

вибухнути екологічна катастрофа, яка вибухнути екологічна катастрофа, яка перетворить Землю в планету, зовсім не перетворить Землю в планету, зовсім не

пристосовану для життя людинипристосовану для життя людини

2222

Рішення проблем енергетичного комплексу можливо з Рішення проблем енергетичного комплексу можливо з впровадженням і подальшим використанням сучасних впровадженням і подальшим використанням сучасних технологій. Крім того, Україна має всі можливості для технологій. Крім того, Україна має всі можливості для

використання альтернативних і відновлюваних джерел використання альтернативних і відновлюваних джерел енергії. Це, як правило, вітрові, геліо, термальні станціїенергії. Це, як правило, вітрові, геліо, термальні станції

2323

Атом скорений, Атом скорений, але цивілізація під загрозоюале цивілізація під загрозою

Прав ли был Прометей, Прав ли был Прометей, давший людям огонь?давший людям огонь?Мир рванулся вперед,Мир рванулся вперед, мир сорвался с пружин,мир сорвался с пружин,Из прекрасного лебедяИз прекрасного лебедя вырос дракон,вырос дракон,Из запретной бутылки Из запретной бутылки был выпущен джинбыл выпущен джин

2424

Дякуємо за увагуДякуємо за увагу