CC BY
14
УДК 621.3
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Ю. О. Мацеля Научный руководитель - Е. А. Жирнова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Анализируются преимущества применения ядерной энергии для получения электрической и тепловой энергии. Рассмотрены достоинства и недостатки атомных электростанций, показаны перспективы применения
Ключевые слова: атомная энергетика, ядерная энергия, атомные электростанции. PROSPECTS FOR THE APPLICATION OF NUCLEAR POWER
Y. O. Matselya Scientific supervisor - E. A. Zhirnova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology
31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The advantages of using nuclear energy for generating electrical and thermal energy are analyzed. The advantages and disadvantages of nuclear power plants are considered, the prospects of application are shown.
Keywords: nuclear power, nuclear power, nuclear power plants.
Самая сильная фундаментальная сила природы - это сильное ядерное взаимодействие. Ядерная энергетика занимается производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии. Для получения данного вида энергии, используется цепная реакция, представляющая собой деления ядер урана-235 или плутония. Для того, чтобы ядра разделились, необходимо их столкновение с нейтроном (тяжёлой элементарной частицы, которая не имеет электрического заряда), благодаря чему происходит образование новых нейтронов с осколками деления. Образовавшиеся частицы обладают большой кинетической энергией, благодаря которой при столкновении осколков с другими атомами данная энергия преобразуется в тепло.
Непосредственно, преобразование ядерной энергии происходит в энергетических установках на атомной электрической станции (далее - АЭС), на атомных ледоколах и атомных подводных лодках. Отличием АЭС от остальных электростанций является применение горючего на основе ядерных реакций [1]. В мировом производстве электроэнергии доля атомной энергетики составляет 15%.
Проанализируем преимущества применения атомных электростанций для получения электрической и тепловой энергии.
1. Огромная энергоемкость - один килограмм урана с обогащением до 4 %, используемого в ядерном топливе, при полном выгорании выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти.
Секция «Концепции современного естествознания»
2. Повторное использование - расщепляющийся материал (уран-235) выгорает в ядерном топливе не полностью и может быть использован снова после регенерации (в отличие от золы и шлаков органического топлива). В перспективе возможен полный переход на замкнутый топливный цикл, что означает практически полное отсутствие отходов.
3. Развитие экономики - строительство АЭС обеспечивает экономический рост, появление новых рабочих мест: 1 рабочее место при сооружении АЭС создает более 10 рабочих мест в смежных отраслях. Развитие атомной энергетики способствует росту научных исследований и объемов экспорта высокотехнологичной продукции.
4. Самые низкие показатели травматизма согласно исследованиям, на АЭС фиксируется самый низкий процент несчастных случаев со смертельным исходом (см. иллюстрацию, источник - публикация Всемирной ядерной ассоциации (^ЫА) за 2019 год, цитирующая исследование Института Пауля Шеррера).
Минусы атомной энергетики заключаются не только в том, что существует угроза загрязнения окружающей среды в результате аварии, но и в том, что даже при работе в нормальном режиме АЭС производит радиоактивные отходы. Вода, охлаждающая турбины реакторов, обычно просто сбрасывается в ближайшие водоемы, а радиоактивный пар и другие газы выходят в атмосферу. Таким образом, образующиеся в процессе выработки энергии радиоактивные отходы являются еще одним минусом атомной энергетики. В большинстве стран для утилизации отработанного ядерного топлива используются технологии складирования переработанного топлива в герметичных металлических контейнерах на свалках ядерных отходов [2].
Минусы атомной энергетики не ограничиваются только работой АЭС: до того, как уран в виде ядерного топлива попадет в реактор, он проходит несколько этапов, и везде при этом оставляет за собой радиоактивный след. В процессе добычи урана в рудниках скапливаются радиоактивные газы - радий и радон, провоцирующие развитие разных форм онкологических заболеваний. Уже на этом этапе не стоит забывать про такие важные минусы, непосредственно как здоровье людей, принимающих участие в процессе добычи, так и живущих рядом под опасностью. В будущем участвуя в работах по обогащению урана количество радиоактивных отходов ещё больше увеличивается.
Рассмотрим перспективы применения атомной энергетики на примере атомного реактора АДЭ-2 в городе Железногорске.
В 1964 году в эксплуатацию введён радиохимический завод, основной задачей которого было выделение плутония из естественного урана, облучённого в реакторах. Реакторы предназначались только для наработки плутония: вода, охлаждающая их, сбрасывалась в Енисей. Радиоактивность сбрасываемой в реку воды достигала 3000 мкР/ч, что приблизительно в 150-200 раз выше естественного фона. Образовывавшиеся в ходе процесса жидкие радиоактивные отходы отправлялись на полигон «Северный» для подземного захоронения.
Реактор АДЭ-2 - это двухцелевой промышленный уран-графитовый реактор, предназначенный для наработки плутония для ядерного оружия и производства тепла и электроэнергии. Пуск реактора АДЭ-2 на Горно-химическом комбинате был осуществлен в 1964 году. С момента ввода в эксплуатацию реактор АДЭ-2 являлся основным источником тепла для города Железногорска.
В апреле 2010 года в соответствии с соглашением между Россией и Соединёнными штатами Америки о прекращении производства оружейного плутония был остановлен реактор АДЭ-2 для дальнейшего вывода его из эксплуатации.
Остановка реактора АДЭ-2 привела к постановке новой проблемы. Ранее реактор обеспечивал производство тепловой энергии для отопления и горячего водоснабжения Железногорска, но после его остановки теплоснабжение Железногорска было поставлено под угрозу [3]. Решения проблемы горячего водоснабжения и отопления оказалось сложной
задачей для Железногорской тепловой электростанции, работы по сооружению которой начались в 2006 году, и мазутной котельной Горно-химического комбината, которая снабжала город теплом до ввода в эксплуатацию ТЭЦ в 2012 году. Произошло двукратное подорожание тарифов за отопление и горячее водоснабжение для населения.
Таким образом, в настоящее время стоит задача - обеспечить сохранение ядерной энергии в качестве продуктивного фактора удовлетворения энергетических потребностей в будущем. Она может стать основным поставщиком электричества для фундаментальной нагрузки и необходимости транспорта в мегаполисах. Применение ее в целях, различных от производства электричества, может играть определенную роль в таких областях, как централизованное теплоснабжение, обрабатывающие отрасли промышленности, опреснение морской воды, производство водорода. Также в состоянии внести существенный вклад в обеспечение гарантированного энергоснабжения и при использовании реакторов-размножителей потенциально стать практически неисчерпаемым долговечным источником энергии.
Библиографические ссылки
1. Бушуев Н. И., История и технология ядерной энергетики: [учебное пособие для вузов] / Н. И. Бушуев; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. - Москва: Издательство МГСУ, 2015. - 231 с.
2. Подушков Л. И., Красноярск-26. Подземная АТЭЦ. Удомля. Калининская АЭС / Л. И. Подушков. - Вышний Волочек : Ирида-прос, 2013. - 575 с.
3. Ядерная энергия : эксперт. оценки развития: Курчатов. ин-т, 1949-2008 гг. : [сборник / Рос. науч. центр "Курчатов. ин-т" . - Москва : 2008. - 215 с.
© Мацеля Ю.О., 2021
