Таблетки с ураном, мощные турбины и гигантские башни с горячей водой.
Атомная электростанция — сложный механизм. Даже специалисты-энергетики не всегда могут объяснить принцип её работы простыми словами. Но мы это сделали — пользуйтесь и делитесь с друзьями.
Ядерное топливо очень энергоёмкое — при его сжигании один килограмм даёт столько же энергии, сколько 100 тонн угля (а это два грузовых железнодорожных вагона).
АЭС работают на ядерном топливе, содержащем уран — металл, который часто встречается в горных породах по всему миру. При этом доля урана-235, разновидности, необходимой для цепной реакции деления, крайне мала — всего 0,7%.
Задача АЭС — трижды преобразовать энергию: ядерную перевести в тепловую, тепловую в механическую, а механическую в электрическую.
Чтобы понять, как работает АЭС, обратимся к основам химии. Почти все атомы содержат в ядре нейтроны, но в разном количестве. В реакторе атомы попадают под «обстрел» сторонними нейтронами, сталкиваются и разбиваются. Их собственные освободившиеся нейтроны идут атаковать ещё не разделённые ядра. Так возникает цепная реакция, во время которой выделяется много тепла.
Атомное топливо выглядит необычно скромно — оно похоже на таблетки или лакричные конфеты, но из спрессованного урана-235. В реакторе они находятся в металлических тепловыделяющих элементах (твэлах), размещённых в активной зоне.
Работники АЭС направляют нейтроны на топливные таблетки, находящиеся внутри этих металлических трубок. Начинается реакция — атомные ядра дробятся на части.
При расщеплении атомного ядра выделяется тепло. Его избыток нужно отвести, и с этой задачей справляется теплоноситель — жидкое или газообразное вещество, которое проходит через активную зону.
Активная зона — самая недоступная часть АЭС. Здесь находится система управления и защиты, которая следит за тем, как протекает реакция, и может остановить её, если что-то пойдёт не по плану. Снаружи — корпус реактора: герметичная оболочка из бетона, которая выдерживает любую внешнюю угрозу, например землетрясение, ураган, пыльную бурю, пикирующий самолёт.
Тепловую энергию, возникающую во время реакции, перегоняют в турбинный зал, где парогенератор, внешне похожий на огромную бочку, превращает её в водяной пар.
Механическая энергия пара поступает в турбогенератор, трансформируется в электрическую и следует по линиям электропередач к потребителям.
Силуэт АЭС часто дополняют высокие башни — градирни, которые охлаждают горячую воду в паровых установках и распыляют её. Падая с высоты, как в обычном душе, часть воды испаряется, происходит необходимое охлаждение. Но не все АЭС с градирнями — это лишь один из способов охладить системы станции.
Ещё на территории АЭС обычно есть отдельный корпус, где в бассейнах хранится отработанное ядерное топливо. В отличие, например, от угля, уран-235 выгорает не полностью и его можно использовать повторно — но для этого нужно провести очистку от радиоактивных изотопов. Этот процесс называется регенерацией.
Самое короткое объяснение работы АЭС — в четырёх пунктах:
- Уран, спрессованный в форме таблеток, заряжают в специальные металлические трубки и направляют в них нейтроны, чтобы запустить реакцию деления ядер.
- Во время реакции выделяется много тепла. Парогенератор превращает тепловую энергию в водяной пар и перегоняет в турбину.
- Чтобы механизмы станции не перегревались, включается система охлаждения — она расположена в башнях-градирнях, самой заметной части в силуэте АЭС.
- Турбина трансформирует паровую энергию в электрическую, а выработанный ток идёт к потребителям по линиям электропередач.