Авария на ЧАЭС Ядерные реакции Степень опасности радионуклидов как источников внутреннего облучения

Реактора РБМК – 1000 Цепная ядерная реакция

На ближайшем этапе развития энергетики в ХХI в. ядерная энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах останется наиболее перспективной.

Авария на ЧАЭС.

Устройство ЧАЭС (краткая характеристика).

К апрелю 1986г. на ЧАЭС работали 4 блока. Каждый блок состоит из ядерного реактора РБМК-100 (реактор большой мощности канальный) и двух турбин с электрогенераторами по 500 МВт (т.е. каждый блок вырабатывает 1000 МВт электроэнергии). Мощность выделения тепла в реакторе 3200 МВт. Отсюда КПД блока -- 31%. РБМК-100 – реактор на тепловых нейтронах. Замедлитель – графит. Теплоноситель – H2O.

Активная зона РБМК-цилиндр иаметром 11,8м и высотой 7м, заполненный графитовыми блоками объемом (25х25х60) см3. В центре каждого блока-отверстие. Эти отверстия формируют цилиндрические каналы для теплоносителя и кассет с ядерным топливом. Общая масса графита в активной зоне 1850тонн. Активная зона окружена отражателем толщиной около 1м (состоит из таких же графитовых блоков, но без отверстий). Графитовый слой окружен стальным баком с водой, который играет роль биологической защиты. Графит опирается на плиту из металлоконструкций, а сверху закрыт другой подобной плитой, на которую для защиты от излучения положили дополнительный настил.

В 1661 каналах с теплоносителем размещены кассеты с 36-ю ТВЭЛами (тепловыделяющими элементами), которые представляют собой пустотелые цилиндры из циркония с примесью 1% ниобия длиной около 3,5м и диаметром 1,36см. В ТВЭЛы помещают таблетки (200 шт.) спеченной двуокиси урана иаметром 1см и высотой 1,5см, которые и являются ядерным топливом. Содержание  в таблетках ~2% (выше в 3 раза естественного содержания его в урановой массе). Общая масса урана в реакторе – 190тонн. В других 211 каналах перемещаются стержни – поглотители нейтронов. Каналы со стержнями – поглотителями охлаждаются водой независимого контура.

Вода в системе охлаждения циркулирует под давлением 70 атмосфер (при таком давлении температура кипения воды ровна 284 оС). Воду подают главные циркуляционные насосы (ГЦН). Проходя через активную зону, Н2О вскипает и смесь состоит на 14% из пара и 86% из воды. Эта смесь поступает в четыре барабана – сепаратора (горизонтальные цилиндры из стали длинной 30м и диаметром 2,6м). В них вода стекает вниз, а пар по паропроводам подается на две турбины. Остывая после прохождения через турбину, пар конденсируется в воду температурой 165 оС. Эта питательная вода подается насосами снова в барабаны–сепараторы, где смешивается с горячей водой из реактора, охлаждает ее до 270 оС и поступает вместе с ней на вход ГЦН. Таким образом, теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру (изображено на рис.1). Хотя реакторы типа Magnox надежны и успешно эксплуатируются длительный срок, они имеют определенные недостатки по сравнению с другими реакторами. Главный из них - сравнительно малое энерговыделение на единицу объема активной зоны. Это ведет к большим объемам активной зоны, большим затратам на топливо и капитальным затратам.

В состав каждого энергоблока входят: система управления и защиты, регулирующая мощность цепной реакции, системы обеспечения безопасности (система аварийного охлаждения реактора – САОР, предотвращающая плавление оболочек ТВЭЛов и попадание радиоактивных частиц в воду и др.).

Рис.1. Циркуляция теплоносителя в РБМК-1000.

Т-турбина; Н-насос; ГЦН - главный циркуляционный насос; Б--С – барабан - сепаратор.

Формирование биосферы и зарождение жизни на Земле происходило в условиях радиационного воздействия различной природы. После фундаментальных открытий конца 19-ого века – природной радиоактивности и рентгеновских лучей – началось бурное развитие атомной и ядерной физики. После открытия и получения искусственной радиоактивности стала очевидной возможность практического использования атомной энергии

Оказалось, что практическая эксплуатация АЭС в разных странах была связана с относительно частым возникновением аварийных ситуаций.

Физика ядерного реактора

Классификация нейтронов. В ядерных реакциях, образуются, как правило, быстрые нейтроны (с энергией 0,1-1МэВ). Быстрые нейтроны при соударениях с атомными ядрами теряют энергию большими порциями, расходуя её, главным образом, на возбуждение ядер или их расщепление. В результате энергия нейтрона становится меньше минимальной энергии возбуждения ядра (от десятков КэВ до нескольких МэВ в зависимости от свойств ядра). После этого рассеяние нейтрона ядром становится упругим, т.е. нейтрон расходует энергию на сообщение ядру скорости без изменения его внутреннего состояния.

Упругое рассеяние нейтронов на ядрах атомов мишени. Для элементов с низким атомным номером первый возбуждённый уровень ядра обычно на 1МэВ выше основного состояния. Поэтому в случае лёгких элементов упругое рассеяние нейтронов с En< 1МэВ более вероятно, чем неупругое рассеяние.

Воздействие атомных станций на окружающую среду Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.
Цепная ядерная реакция Ядерные силы