Как работает атомная электростанция — объясняем простыми словами

Атомная электростанция кажется чем-то невероятно сложным. На самом деле принцип её работы можно объяснить за пять минут.

Главная идея

АЭС — это, по сути, большой чайник. Серьёзно. Вся суть в том, чтобы нагреть воду, получить пар и направить его на турбину, которая крутит генератор. Генератор вырабатывает электричество.

Разница с обычной электростанцией только в источнике тепла: - На угольной станции жгут уголь - На газовой — газ - На атомной — используют энергию деления атомов урана

Откуда берётся тепло?

В реакторе АЭС происходит управляемая цепная реакция деления ядер урана-235.

Как это работает: 1. Нейтрон попадает в ядро урана-235 2. Ядро раскалывается на два осколка 3. При этом выделяется огромная энергия (тепло) и 2–3 новых нейтрона 4. Эти нейтроны попадают в другие ядра урана — и процесс повторяется

Это и есть цепная реакция. В 1 килограмме урана столько же энергии, сколько в 100 тоннах угля.

Схема работы двухконтурной АЭС (ВВЭР)

Российские АЭС в основном используют реакторы ВВЭР — водо-водяные энергетические реакторы. Они имеют два контура:

Первый контур (радиоактивный)

Вода проходит через активную зону реактора и нагревается до ~320°C
Вода находится под давлением (~160 атмосфер), поэтому не кипит
Горячая вода поступает в парогенератор
В парогенераторе она отдаёт тепло воде второго контура
Охлаждённая вода возвращается в реактор

Первый контур замкнут и изолирован от окружающей среды. Радиоактивная вода никогда не покидает контур.

Второй контур (нерадиоактивный)

Вода второго контура получает тепло в парогенераторе и превращается в пар
Пар под давлением поступает на турбину
Турбина крутит генератор, который вырабатывает электричество
Отработанный пар поступает в конденсатор, охлаждается и снова становится водой
Вода возвращается в парогенератор

Система охлаждения

Конденсатор охлаждается водой из водоёма (реки, озера, моря) или с помощью градирен — тех самых огромных башен, которые часто ассоциируют с АЭС. Из градирен идёт не дым, а обычный водяной пар.

Как управляют реактором?

Мощность реактора регулируют тремя способами:

Управляющие стержни: стержни из материала, поглощающего нейтроны (бор, кадмий). Опускаешь стержни — реакция замедляется. Поднимаешь — ускоряется
Борная кислота: растворяется в воде первого контура и поглощает нейтроны
Автоматическая система: компьютер постоянно корректирует мощность

В случае аварии стержни мгновенно падают в активную зону под действием силы тяжести — реакция прекращается за секунды.

Сколько энергии даёт АЭС?

Один энергоблок ВВЭР-1200 производит 1200 МВт электрической мощности. Этого хватает для обеспечения электроэнергией города с населением более миллиона человек.

АЭС работает круглосуточно, 24/7, независимо от погоды, времени суток и сезона. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) достигает 90% — это больше, чем у любого другого источника энергии.

А что с безопасностью?

Современные АЭС имеют пять барьеров на пути радиации: 1. Керамическая топливная таблетка удерживает продукты деления 2. Циркониевая оболочка тепловыделяющего элемента 3. Прочный корпус реактора (сталь толщиной 20 см) 4. Герметичный первый контур 5. Контейнмент — железобетонная оболочка (толщина стен более 1 метра)

Даже если один барьер откажет, остальные четыре продолжат удерживать радиацию.

Вывод

АЭС — это надёжный, мощный и чистый источник электроэнергии. Принцип работы прост: деление урана нагревает воду, пар крутит турбину, турбина вращает генератор. А пять барьеров безопасности гарантируют, что радиация останется внутри станции.