У атомной энергетики достаточно как сторонников, так и противников. Возможно, последних на данный момент даже больше: слишком свежи в памяти человечества такие громкие катастрофы, связанные с «мирным атомом», как аварии на Чернобыльской атомной станции и на АЭС в Фукусиме. Но, если в ближайшее время учёные не найдут эффективного источника энергии, альтернативного углеводородному топливу, то атомная станция станет неизбежным атрибутом будущего человечества. Углеводороды рано или поздно закончатся, а атомная энергетика единственный на данный момент реальный источник энергии, способный «прокормить» цивилизацию.
Как поменялся мир за 60 лет…
Есть определённая историческая несправедливость в том, что 27 июня не отмечается в российском официальном календаре как праздник, по своему масштабу равный 12 апреля, Дню космонавтики. Об этом можно спорить, но весьма возможно, что запуск первой в мире промышленной атомной станции по своей значимости не уступает первому полёту человека в космическое пространство. Первая атомная станция заработала, то есть дала электроэнергию, 27 июня 1954 года в закрытом городе (или наукограде, как именовали подобные комплексы в СССР) Обнинск Калужской области.
Следует признать, что «мирные» атомные реакторы, то есть предназначенные не для военных разрушительных целей, а для выработки электроэнергии, к тому моменту уже существовали за рубежом (первый из них заработал в 1942 году в Штатах). Однако это были экспериментальные установки, созданные для проверки самого принципа контролируемой выработки атомной энергии. Это не были атомные станции в полном смысле слова. А вот Обнинская станция была именно атомной электростанцией, так как была подключена к электросети – вырабатываемая ею энергия могла поступать к потребителям, к промышленным предприятиям и гражданским объектам.
Так что, как и в случае с полётом человека в космос, Советский Союз в атомной энергетике опередил всех – за границей первая полноценная АЭС открылась лишь в 1956 году. На этот раз это были не американцы, а англичане, запустившие станцию в Кодер-Холле. Первая атомная станция на территории США открылась в 1957 году в Шиппингпорте. Что касается Обнинской АЭС, то она оказалась весьма успешным проектом. Срок её службы был рассчитан на 30 лет, а она проработала почти 48 лет, её реакторы были остановлены в начале 2002 года. За практически полвека работы на Обнинской станции не было зафиксировано ни одной аварии.
Принцип работы атомной станции
Работа атомной станции по выработке электрической энергии основана на контролируемой ядерной реакции, осуществляемой в ядерном реакторе с помощью стержней управления. Ядерная реакция сопровождается выделением огромных значений тепловой энергии, которая и используется для получения в дальнейшем электрической энергии. Реактор соединён с ёмкостью, в которой находится определённый тип теплоносителя. Самый простой вариант, когда в качестве теплоносителя используется вода. Под воздействием поступающей из ректора тепловой энергии вода превращается в пар и уже в газообразном состоянии подаётся на вращающиеся турбины. Турбины подсоединены к генератору, в котором и вырабатывается электроэнергия, поступающая затем в электросеть. Пар же идёт дальше, в специальный конденсатор, где охлаждается и снова превращается в воду.
Главные конструктивные различия на атомных электростанциях обусловлены различными типами используемых теплоносителей, то есть веществ, которые подвергаются воздействию тепловой энергии реактора и затем запускают работу генератора электрического тока. АЭС так и классифицируются, по типам работающих на тех или иных теплоносителях реакторах.
Виды атомных станций подразумевают использования реакторов на тепловых нейтронах или на быстрых нейтронах.
В свою очередь, первые могут быть, согласно различным теплоносителям, водо-водяными, кипящими, газоохлаждаемыми, графито-водными, тяжеловодными, тяжеловодными газоохлаждаемыми и так далее. Кроме того, в ходе развития атомной энергетики появились станции, вырабатывающие не только электроэнергию, но и тепловую энергию, находящую промышленное применение (атомные теплоэлектростанции).
Реактор - сердце атомной станции
Атомная энергетика практически по всем показателям является наиболее перспективной отраслью получения энергии в промышленных масштабах. Получение тепловой и электроэнергии на АЭС в экономическом плане как минимум не дороже, а нередко и дешевле выработки энергии традиционными способами. Энергия атомного происхождения в конечном итоге дороже энергии, произведённой на пылеугольных или газо-мазутных тепловых электростанциях, но за счёт сложности строительства АЭС. Высочайшие требования безопасности, сложное и дорогостоящее оборудование для атомных станций – всё это требует значительно более серьёзных первоначальных капиталовложений, нежели при строительстве «обычных» ТЭС. Естественно, что эта разница в затратах затем компенсируется посредством установления более высокой стоимости электроэнергии для потребителей.
Однако энергия, вырабатываемая на АЭС, является куда более перспективной с точки зрения будущего, так как в условиях естественного (по причине истощения) или искусственного (кризис на рынке сырья, международная нестабильность, войны) дефицита углеводородов это единственный надёжный способ получения электричества. Вдобавок работа АЭС, как бы странно ни звучало, куда чище с экологической точки зрения, так как выбросы в атмосферу вредных веществ здесь ниже, чем при работе традиционных тепловых электростанций. Но существует одно существенное опасение – история атомной энергетики показывает, что абсолютной защиты от катастроф на АЭС не существует. Между тем долговременные негативные последствия для значительных территорий вокруг атомных станций может исчисляться десятилетиями, что не грозит при авариях на ТЭС. Например, пожар на атомной станции, сопровождаемый разгерметизацией реактора, и пожар на пылеугольной теплоэлектростанции, это две большие разницы.
Порождён особый риск атомной энергетики особенностями работы ядерного реактора, ключевого элемента АЭС.
Принцип работы реактора подразумевает осуществление контролируемой цепной реакции ядерного деления. Атомные ядра формируют новые ядра посредством деления, этот процесс сопровождается выделением огромного объёма тепловой энергии. Это обстоятельство обусловлено тем, что для цепной реакции ядерного деления требуется большая энергия. Реакция деления осуществляется либо посредством столкновения ядер друг с другом, либо с помощью образования новых межъядерных связей при делении микрочастиц. В обоих случаях для контролируемого характера реакции требуются специальные замедлители, с помощью которых можно снижать скорость её протекания. Без подобных замедлителей работа АЭС невозможна: количество выделяемой реактором тепловой энергии настолько велико, что очень быстро произойдёт взрыв. Собственно, практически все серьёзные катастрофы на атомных станциях происходят по причине остаточного тепловыделения, когда не удаётся избежать образования слишком большого количества энергии даже после прекращения активной фазы работы реактора.
Александр Бабицкий
