คุณรู้จักโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อะไรบ้าง คำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร?

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์หรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนซึ่งแหล่งความร้อนคือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โดยทั่วไปแล้ว โรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบดั้งเดิมทั้งหมดใช้ความร้อนเพื่อผลิตไอน้ำ ซึ่งขับเคลื่อนกังหันไอน้ำที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า ณ วันที่ 23 เมษายน 2014 IAEA รายงานการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 435 เครื่องใน 31 ประเทศ โดยทั่วไปโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถือเป็นโรงไฟฟ้าฐานเนื่องจากต้นทุนเชื้อเพลิงเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของต้นทุนการผลิต ต้นทุนการดำเนินงาน การบำรุงรักษา และเชื้อเพลิง รวมถึงพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ อยู่ที่ระดับล่างสุดของช่วง ทำให้เหมาะสมในฐานะซัพพลายเออร์ไฟฟ้าที่มีภาระพื้นฐาน อย่างไรก็ตามต้นทุนการกำจัดเชื้อเพลิงใช้แล้วค่อนข้างผันผวน

ประวัติความเป็นมาของอุตสาหกรรมนิวเคลียร์

เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่มีการผลิตไฟฟ้าโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เมื่อวันที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2491 ที่เครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์ X-10 ในเมืองโอ๊คริดจ์ รัฐเทนเนสซี สหรัฐอเมริกา เครื่องปฏิกรณ์นี้เป็นเครื่องต้นแบบสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกและผลิตไฟฟ้าได้มากพอที่จะจ่ายให้กับหลอดไส้ การทดลองขนาดใหญ่ครั้งที่สองเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม พ.ศ. 2494 ที่สถานีทดลอง EBR-I ใกล้อาร์โก ไอดาโฮ ในสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2497 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกเริ่มดำเนินการในเมืองออบนินสค์ของสหภาพโซเวียตเพื่อผลิตไฟฟ้าสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า โรงไฟฟ้าขนาดเต็มแห่งแรกของโลก Calder Hall เปิดตัวในอังกฤษเมื่อวันที่ 17 ตุลาคม พ.ศ. 2499 โรงไฟฟ้าขนาดเต็มแห่งแรกของโลกที่มีชื่อว่า Shippingport ซึ่งอุทิศให้กับการผลิตไฟฟ้าโดยเฉพาะ (Calder Hall ตั้งใจที่จะผลิตพลูโทเนียมด้วย) เริ่มออนไลน์เมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2500 ในสหรัฐอเมริกา

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

การแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเกิดขึ้นทางอ้อม เช่นเดียวกับในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไป การแยกตัวของนิวเคลียสของอะตอมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะทำให้สารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ร้อนขึ้น สารหล่อเย็นอาจเป็นน้ำหรือก๊าซ หรือแม้แต่โลหะเหลว ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ สารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์จะถูกส่งไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำและทำให้น้ำร้อนเพื่อผลิตไอน้ำ โดยทั่วไปแล้วไอน้ำที่มีแรงดันจะถูกป้อนเข้าสู่กังหันไอน้ำแบบหลายขั้นตอน หลังจากที่กังหันไอน้ำขยายตัวและควบแน่นไอน้ำบางส่วนแล้ว ไอน้ำที่เหลือจะถูกควบแน่นในคอนเดนเซอร์ คอนเดนเซอร์คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เชื่อมต่อกับวงจรทำความเย็นทุติยภูมิ เช่น แม่น้ำหรือหอทำความเย็น จากนั้นน้ำจะถูกสูบกลับเข้าไปในเครื่องกำเนิดไอน้ำ และวงจรจะเริ่มต้นอีกครั้ง วงจรไอน้ำ-น้ำสอดคล้องกับวงจรแรงคิน

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นหัวใจของสถานี ในส่วนกลางของมัน ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ ความร้อนจะถูกสร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากการแยกตัวของนิวเคลียสที่ควบคุมได้ ความร้อนนี้ทำให้น้ำหล่อเย็นอุ่นขึ้นขณะถูกสูบผ่านเครื่องปฏิกรณ์ และด้วยเหตุนี้จึงดึงพลังงานออกจากเครื่องปฏิกรณ์ ความร้อนจากนิวเคลียสฟิชชันถูกใช้เพื่อผลิตไอน้ำซึ่งถูกส่งผ่านกังหันซึ่งจะส่งพลังงานให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

โดยทั่วไปเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะใช้ยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิงปฏิกิริยาลูกโซ่ ยูเรเนียมเป็นโลหะหนักมากที่พบได้ในน้ำทะเลและหินส่วนใหญ่บนโลก ยูเรเนียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเกิดขึ้นในสองไอโซโทปที่แตกต่างกัน: ยูเรเนียม-238 (U-238) ซึ่งคิดเป็น 99.3% ของยูเรเนียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ และยูเรเนียม-235 (U-235) ซึ่งคิดเป็นประมาณ 0.7% ของยูเรเนียมในธรรมชาติ ไอโซโทปคืออะตอมของธาตุเดียวกันโดยมีจำนวนนิวตรอนต่างกัน U-238 มี 146 นิวตรอน และ U-235 มี 143 นิวตรอน ไอโซโทปที่ต่างกันมีรูปแบบพฤติกรรมที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น U-235 เป็นฟิชไซล์ ซึ่งหมายความว่ามันจะสลายตัวได้ง่ายและปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมาก ทำให้เหมาะสำหรับพลังงานนิวเคลียร์ ในทางกลับกัน U-238 ไม่มีคุณสมบัตินี้แม้ว่าจะเป็นองค์ประกอบเดียวกันก็ตาม ไอโซโทปที่แตกต่างกันก็มีครึ่งชีวิตที่แตกต่างกันเช่นกัน ครึ่งชีวิตคือระยะเวลาที่ใช้ในการสลายตัวอย่างครึ่งหนึ่งของธาตุกัมมันตภาพรังสี U-238 มีครึ่งชีวิตนานกว่า U-235 ดังนั้นจึงใช้เวลาย่อยสลายนานกว่า นอกจากนี้ยังหมายความว่า U-238 มีกัมมันตภาพรังสีน้อยกว่า U-235

เนื่องจากการแยกตัวของนิวเคลียร์ทำให้เกิดกัมมันตภาพรังสี แกนเครื่องปฏิกรณ์จึงถูกล้อมรอบด้วยเกราะป้องกัน เปลือกนี้ดูดซับรังสีและป้องกันการปล่อยสารกัมมันตภาพรังสีออกสู่สิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ เครื่องปฏิกรณ์จำนวนมากยังติดตั้งโดมคอนกรีตเพื่อปกป้องเครื่องปฏิกรณ์จากอุบัติเหตุภายในและอิทธิพลภายนอก

กังหันไอน้ำของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

วัตถุประสงค์ของกังหันไอน้ำคือการแปลงความร้อนที่มีอยู่ในไอน้ำให้เป็นพลังงานกล ห้องกังหันที่มีกังหันไอน้ำมักจะแยกโครงสร้างออกจากอาคารเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลัก ห้องโถงกังหันและอาคารเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตั้งอยู่ในลักษณะที่ว่าหากกังหันระเบิดระหว่างการทำงาน เศษเหล็กจะไม่สามารถเข้าถึงเครื่องปฏิกรณ์ได้

ในกรณีของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ระบายความร้อนด้วยน้ำแรงดัน กังหันไอน้ำจะแยกออกจากระบบนิวเคลียร์ ในการตรวจจับการรั่วไหลในเครื่องกำเนิดไอน้ำและการที่น้ำกัมมันตภาพรังสีเข้าไปในวงจรหลัก จึงมีการติดตั้งเครื่องวัดรังสีเพื่อติดตามไอน้ำที่ออกจากเครื่องกำเนิดไอน้ำ ในทางตรงกันข้ามในเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด น้ำกัมมันตภาพรังสีจะไหลผ่านกังหันไอน้ำ ดังนั้นกังหันจึงเป็นส่วนหนึ่งของพื้นที่ที่ได้รับการตรวจสอบทางรังสีวิทยาของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะแปลงพลังงานกลของกังหันให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับซิงโครนัสแรงดันต่ำที่มีกำลังไฟพิกัดสูง

ระบบระบายความร้อนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ระบบทำความเย็นจะดึงความร้อนออกจากแกนเครื่องปฏิกรณ์และลำเลียงไปยังพื้นที่อื่นของโรงงานซึ่งพลังงานความร้อนสามารถนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าหรือทำงานที่เป็นประโยชน์อื่นๆ ได้ โดยทั่วไปแล้ว สารหล่อเย็นร้อนจะใช้เป็นแหล่งความร้อนสำหรับหม้อไอน้ำ และไอน้ำแรงดันสูงจากหม้อไอน้ำจะขับเคลื่อนกังหันไอน้ำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหนึ่งเครื่องขึ้นไป

เซฟตี้วาล์ว เอ็นพีพี

ในกรณีฉุกเฉิน สามารถใช้วาล์วนิรภัยเพื่อป้องกันไม่ให้ท่อระเบิดหรือเครื่องปฏิกรณ์ไม่ให้เกิดการระเบิด วาล์วได้รับการออกแบบในลักษณะที่สามารถตรวจจับความดันที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยของตัวพาพลังงานที่จ่ายมาให้ทั้งหมด ในกรณีของเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้น้ำเดือด ไอน้ำจะถูกส่งไปยังห้องลดความดันและควบแน่นที่นั่น ห้องในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเชื่อมต่อกับวงจรทำความเย็นระดับกลาง

ปั้มน้ำป้อนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ระดับน้ำในเครื่องกำเนิดไอน้ำและเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกควบคุมโดยใช้ระบบน้ำป้อน ปั๊มป้อนน้ำมีหน้าที่ดึงน้ำจากระบบบำบัดคอนเดนเสท เพิ่มแรงดันและส่งไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำ (ในกรณีของเครื่องปฏิกรณ์น้ำที่มีแรงดัน) หรือเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์โดยตรง (สำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด)

แหล่งจ่ายไฟฉุกเฉินสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ต้องการแหล่งพลังงานที่แตกต่างกันสองแหล่ง กล่าวคือ หม้อแปลงเสริมของสถานีป้อนนอกสถานที่ ซึ่งแยกออกจากกันอย่างเพียงพอในสถานีย่อยระบบจำหน่ายและสามารถป้อนจากสายไฟหลายเส้น นอกจากนี้ ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บางแห่ง เครื่องกำเนิดเทอร์โบสามารถจ่ายพลังงานให้กับความต้องการเสริมของโรงไฟฟ้าได้ในขณะที่โรงไฟฟ้าทำงานโดยใช้หม้อแปลงเสริมที่ปล่อยกระแสไฟฟ้าจากบัสบาร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก่อนที่จะถึงหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ (โรงไฟฟ้าดังกล่าวก็มีโรงไฟฟ้าเช่นกัน หม้อแปลงเสริมที่รับไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานภายนอกโดยตรงจากสถานีไฟฟ้าย่อย) แม้ว่าจะมีแหล่งจ่ายไฟสำรองสองเครื่อง แต่ก็สามารถจ่ายไฟเต็มจากแหล่งภายนอกได้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีการติดตั้งแหล่งจ่ายไฟฉุกเฉิน

ผู้เชี่ยวชาญที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

• วิศวกรนิวเคลียร์

• ผู้ปฏิบัติงานเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

• พนักงานบริการด้านการวัดปริมาณรังสี

• บุคลากรทีมตอบสนองเหตุฉุกเฉิน

• ผู้ตรวจประจำถิ่นของคณะกรรมการกำกับกิจการนิวเคลียร์

ในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา พนักงานในโรงไฟฟ้า ไม่รวมฝ่ายบริหาร บุคลากรที่มีทักษะ (เช่น วิศวกร) และบุคลากรด้านความปลอดภัย อาจเป็นสมาชิกของสหภาพแรงงานไฟฟ้านานาชาติ (IBEW) หรือสหภาพแรงงานยูไนเต็ดแห่งอเมริกา (UWUA) หรือหนึ่งรายการจากสหภาพแรงงานหรือองค์กรคนงานที่เป็นตัวแทนผลประโยชน์ของช่างเครื่อง คนงาน ช่างหม้อต้มน้ำ ช่างประกอบ ช่างโลหะ ฯลฯ

ต้นทุนเอ็นพีพี

เศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งใหม่เป็นประเด็นถกเถียง และการลงทุนมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ขึ้นอยู่กับการเลือกแหล่งพลังงาน โดยทั่วไปโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะมีต้นทุนเงินทุนสูงแต่ต้นทุนเชื้อเพลิงโดยตรงต่ำซึ่งเกี่ยวข้องกับการสกัด การแปรรูป ต้นทุนการใช้เชื้อเพลิง และต้นทุนการจัดเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วภายใน ดังนั้น การเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตไฟฟ้าแบบอื่นจึงขึ้นอยู่กับสมมติฐานอย่างมากเกี่ยวกับระยะเวลาการก่อสร้างและการจัดหาเงินทุนสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ภายใต้พระราชบัญญัติ Price-Anderson ในสหรัฐอเมริกา การประมาณการต้นทุนจะพิจารณาต้นทุนในการรื้อถอนโรงไฟฟ้าและการจัดเก็บหรือแปรรูปกากนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่สี่กำลังได้รับการพัฒนาโดยมีแนวโน้มว่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วทั้งหมด ("กากนิวเคลียร์") อาจถูกนำไปแปรรูปใหม่โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์ในอนาคตเพื่อปิดวงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์โดยสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันยังไม่มีการกำจัดขยะจำนวนมากจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อย่างมีประสิทธิผล และวิธีการจัดเก็บชั่วคราวในสถานที่ยังคงใช้อยู่ในโรงไฟฟ้าเกือบทุกแห่ง เนื่องจากปัญหาในการสร้างสถานที่จัดเก็บขยะถาวร มีเพียงประเทศฟินแลนด์เท่านั้นที่มีแผนจะสร้างสถานที่จัดเก็บถาวร ดังนั้นต้นทุนการจัดเก็บขยะทั่วโลกในระยะยาวจึงไม่แน่นอน

ในทางกลับกัน ต้นทุนการก่อสร้างหรือรายจ่ายฝ่ายทุนต่อมาตรการลดภาวะโลกร้อน เช่น ภาษีคาร์บอนหรือการซื้อขายคาร์บอน เอื้อประโยชน์ต่อเศรษฐศาสตร์ของพลังงานนิวเคลียร์มากขึ้น ความหวังคือการบรรลุประสิทธิภาพที่มากขึ้นผ่านการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงมากขึ้น เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่สามได้รับการสัญญาว่าจะเผาผลาญเชื้อเพลิงน้อยลงอย่างน้อย 17% และมีต้นทุนเงินทุนที่ต่ำกว่า ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่สี่แห่งอนาคตสัญญาว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงมากขึ้น 10,000-30,000% และกำจัดกากนิวเคลียร์

ในยุโรปตะวันออก โครงการที่ดำเนินมายาวนานหลายโครงการกำลังดิ้นรนเพื่อหาเงินทุน โดยเฉพาะเมืองเบลีนในบัลแกเรีย และเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มเติมที่ Cernavoda ในโรมาเนีย และผู้ที่มีศักยภาพเป็นผู้สนับสนุนบางรายได้ออกจากสถานีไปแล้ว ความพร้อมใช้งานของก๊าซราคาถูกและความน่าเชื่อถือของอุปทานในอนาคตยังเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับโครงการนิวเคลียร์อีกด้วย

เมื่อวิเคราะห์เศรษฐศาสตร์ของพลังงานนิวเคลียร์ จำเป็นต้องพิจารณาว่าใครจะเป็นผู้แบกรับความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับอนาคตที่ไม่แน่นอน จนถึงปัจจุบัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ดำเนินงานอยู่ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นโดยการผูกขาดด้านสาธารณูปโภคที่รัฐเป็นเจ้าของหรืออยู่ภายใต้การกำกับดูแลของรัฐ โดยที่ความเสี่ยงหลายประการที่เกี่ยวข้องกับต้นทุนการก่อสร้าง ลักษณะการดำเนินงาน ราคาเชื้อเพลิง และปัจจัยอื่นๆ เป็นภาระของผู้บริโภคมากกว่าซัพพลายเออร์ หลายประเทศได้เปิดเสรีตลาดไฟฟ้าแล้ว ซึ่งความเสี่ยงเหล่านี้รวมถึงความเสี่ยงของคู่แข่งที่มีราคาถูกกว่าที่เกิดขึ้นก่อนที่จะชดใช้ต้นทุนทุนตกเป็นภาระของซัพพลายเออร์และผู้ประกอบการโรงงานมากกว่าผู้บริโภค ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการประเมิน เศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งใหม่

อุบัติเหตุฟูกูชิม่า 1 ในปี 2554 มีแนวโน้มที่จะเพิ่มต้นทุนสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีอยู่และแห่งใหม่ เนื่องจากความต้องการจัดเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วในสถานที่ที่เพิ่มขึ้น และอันตรายจากพื้นฐานการออกแบบที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม หลายโครงการ เช่น AP1000 ที่กำลังก่อสร้างอยู่ ใช้ระบบระบายความร้อนแบบพาสซีฟเพื่อความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ ซึ่งแตกต่างจาก Fukushima I ซึ่งต้องใช้ระบบทำความเย็นแบบแอคทีฟ และช่วยลดความจำเป็นในการใช้เงินมากขึ้นกับอุปกรณ์ความปลอดภัยสำรองที่ซ้ำซ้อนได้อย่างมาก

ความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ในหนังสือของเขา เรื่อง Normal Accidents ชาร์ลส์ เพอร์โรว์ กล่าวว่าความล้มเหลวมากมายและไม่คาดคิดเกิดขึ้นในระบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ซับซ้อนและเชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนา อุบัติเหตุดังกล่าวเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และไม่สามารถป้องกันได้ ทีมงานสหวิทยาการจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ประมาณการว่า เมื่อพิจารณาจากการเติบโตของพลังงานนิวเคลียร์ที่คาดหวัง อุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ร้ายแรงอย่างน้อย 4 ครั้งจะเกิดขึ้นได้ระหว่างปี 2548 ถึง 2598 อย่างไรก็ตาม การศึกษาของ MIT ไม่ได้คำนึงถึงการปรับปรุงด้านความปลอดภัยมาตั้งแต่ปี 1970 ตั้งแต่ปี 1970 ถึงปัจจุบัน มีอุบัติเหตุใหญ่เกิดขึ้นห้าครั้ง (ความเสียหายหลัก) ทั่วโลก: หนึ่งครั้งที่เกาะทรีไมล์ในปี 1979, หนึ่งครั้งที่เชอร์โนบิลในปี 1986 และสามครั้งที่ฟูกูชิมะ ไดอิจิในปี 2011 ซึ่งสอดคล้องกับการเริ่มต้นการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่สอง . โดยเฉลี่ยแล้ว อุบัติเหตุร้ายแรงเกิดขึ้นทุกๆ แปดปีทั่วโลก

การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สมัยใหม่ได้รับการปรับปรุงด้านความปลอดภัยมากมายนับตั้งแต่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นแรก โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่สามารถระเบิดได้เหมือนระเบิดนิวเคลียร์ เนื่องจากเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียมไม่ได้เสริมสมรรถนะเพียงพอ และอาวุธนิวเคลียร์ต้องใช้ระเบิดที่มีความแม่นยำเพื่อบังคับเชื้อเพลิงให้มีปริมาตรน้อยพอที่จะถึงสถานะวิกฤตยิ่งยวด เครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องเพื่อป้องกันไม่ให้แกนกลางหลอมละลาย ซึ่งเกิดขึ้นหลายครั้งเนื่องจากอุบัติเหตุหรือภัยพิบัติทางธรรมชาติ ปล่อยรังสีและทำให้สิ่งแวดล้อมอยู่ไม่ได้ โรงไฟฟ้าจะต้องได้รับการปกป้องจากการโจรกรรมวัสดุนิวเคลียร์ (เช่น เพื่อผลิตระเบิดนิวเคลียร์สกปรก) และจากการถูกโจมตีโดยเครื่องบินทหาร (ที่เกิดขึ้น) หรือจากขีปนาวุธของศัตรู หรือเครื่องบินของผู้ก่อการร้ายที่ถูกแย่งชิง

ข้อโต้แย้งเรื่องพลังงานนิวเคลียร์

การอภิปรายเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์หมุนรอบประเด็นขัดแย้งที่เกิดขึ้นจากการแนะนำและการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อวัตถุประสงค์ทางพลเรือน การถกเถียงเรื่องพลังงานนิวเคลียร์ถึงจุดสูงสุดในทศวรรษปี 1970 และ 1980 โดยที่ "มีความรุนแรงอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนในประวัติศาสตร์ของความขัดแย้งทางเทคโนโลยี" ในบางประเทศ

ผู้เสนอโต้แย้งว่าพลังงานนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และสามารถปรับปรุงความมั่นคงด้านพลังงานได้หากการใช้แทนการพึ่งพาเชื้อเพลิงนำเข้า ผู้เสนอส่งเสริมแนวคิดที่ว่าพลังงานนิวเคลียร์แทบไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศ ซึ่งแตกต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลทางเลือกหลักที่ใช้การได้ ผู้เสนอยังเชื่อด้วยว่าพลังงานนิวเคลียร์เป็นทางเลือกเดียวที่เป็นไปได้ในการบรรลุความเป็นอิสระด้านพลังงานสำหรับประเทศตะวันตกส่วนใหญ่ พวกเขาเน้นย้ำว่าความเสี่ยงในการจัดเก็บของเสียยังต่ำและสามารถลดลงได้อีกด้วยการใช้เทคโนโลยีล่าสุดในเครื่องปฏิกรณ์แบบใหม่ และรายงานด้านความปลอดภัยในการดำเนินงานในโลกตะวันตกระบุว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ในสภาพที่ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าหลักประเภทอื่นๆ

ฝ่ายตรงข้ามแย้งว่าพลังงานนิวเคลียร์ก่อให้เกิดความเสี่ยงมากมายต่อผู้คนและสิ่งแวดล้อม และต้นทุนไม่ได้ให้เหตุผลถึงผลประโยชน์ ภัยคุกคามรวมถึงความเสี่ยงด้านสุขภาพและความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมจากการขุด การแปรรูป และการขนส่งยูเรเนียม ความเสี่ยงของการแพร่กระจายหรือการก่อวินาศกรรมของนิวเคลียร์ และปัญหากากนิวเคลียร์กัมมันตภาพรังสีที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข ปัญหาสิ่งแวดล้อมอีกประการหนึ่งคือการปล่อยน้ำร้อนลงสู่ทะเล น้ำร้อนเปลี่ยนสภาพแวดล้อมสำหรับสิ่งมีชีวิตในทะเล พวกเขายังโต้แย้งด้วยว่าตัวเครื่องปฏิกรณ์เองก็เป็นเครื่องจักรที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง ซึ่งกระบวนการหลายอย่างสามารถและไม่เป็นไปตามแผนที่วางไว้ ซึ่งนำไปสู่อุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ร้ายแรงหลายครั้ง นักวิจารณ์ไม่เชื่อว่าความเสี่ยงเหล่านี้สามารถบรรเทาลงได้ด้วยเทคโนโลยีใหม่ พวกเขาให้เหตุผลว่าเมื่อพิจารณาขั้นตอนที่ใช้พลังงานเข้มข้นทั้งหมดในห่วงโซ่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ตั้งแต่การขุดยูเรเนียมไปจนถึงการรื้อถอนนิวเคลียร์ พลังงานนิวเคลียร์ไม่ใช่แหล่งไฟฟ้าที่มีคาร์บอนต่ำ ประเทศเหล่านั้นที่ไม่มีเหมืองยูเรเนียมไม่สามารถบรรลุอิสรภาพด้านพลังงานผ่านเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ที่มีอยู่ได้ ต้นทุนการก่อสร้างจริงมักจะสูงกว่าที่ประมาณการไว้ และต้นทุนการจัดเก็บเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วไม่มีกรอบเวลาที่ชัดเจน

การแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เทคโนโลยีการปรับกระบวนการเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้รับการพัฒนาเพื่อแยกทางเคมีและนำพลูโตเนียมฟิสไซล์กลับมาใช้ใหม่จากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ถูกฉายรังสี การรีไซเคิลมีจุดประสงค์หลายประการ ซึ่งความสำคัญที่สัมพันธ์กันเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ในขั้นต้น การประมวลผลซ้ำจะดำเนินการเพื่อสกัดพลูโตเนียมเพื่อการผลิตอาวุธนิวเคลียร์เท่านั้น ด้วยการจำหน่ายพลังงานนิวเคลียร์ในเชิงพาณิชย์ พลูโทเนียมที่ใช้แล้วจะถูกแปรรูปกลับเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ผสมออกไซด์สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน ยูเรเนียมที่ผ่านการแปรรูปซึ่งเป็นวัสดุเชื้อเพลิงใช้แล้วส่วนใหญ่ โดยหลักการแล้วสามารถนำกลับมาใช้ใหม่เป็นเชื้อเพลิงได้ แต่จะเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจก็ต่อเมื่อราคายูเรเนียมสูงหรือการกำจัดมีราคาแพง สุดท้ายนี้ เครื่องปฏิกรณ์แบบ Breeder สามารถใช้ไม่เพียงแต่พลูโตเนียมและยูเรเนียมที่ผ่านการแปรรูปแล้วในเชื้อเพลิงใช้แล้ว แต่ยังใช้แอคติไนด์ทั้งหมด ซึ่งจะทำให้วงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สมบูรณ์ และอาจเพิ่มพลังงานที่สกัดจากยูเรเนียมธรรมชาติได้มากกว่า 60 เท่า

การนำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์กลับมาแปรรูปจะช่วยลดปริมาณของเสียที่มีกัมมันตภาพรังสีสูง แต่ไม่ได้ลดกัมมันตภาพรังสีหรือการสร้างความร้อนในตัวมันเอง ดังนั้นจึงไม่ได้ขจัดความจำเป็นในการกักเก็บของเสียในรูปแบบทางธรณีวิทยา การนำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไปใช้ใหม่ถือเป็นข้อขัดแย้งทางการเมืองเนื่องจากมีศักยภาพที่จะนำไปสู่การแพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ ความเปราะบางต่อการก่อการร้ายด้วยนิวเคลียร์ ประเด็นทางการเมืองในการเลือกสถานที่จัดเก็บ (ประเด็นที่ใช้กับการกำจัดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วโดยตรงอย่างเท่าเทียมกัน) และต้นทุนที่สูง เมื่อเทียบกับการใช้เชื้อเพลิงรอบเดียว ในสหรัฐอเมริกา ฝ่ายบริหารของโอบามาถอยออกจากแผนการรีไซเคิลในระดับอุตสาหกรรมของประธานาธิบดีบุช และกลับสู่โครงการที่เน้นไปที่การรีไซเคิลที่เกี่ยวข้องกับการวิจัย

อุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

อนุสัญญาเวียนนาว่าด้วยความรับผิดทางแพ่งสำหรับความเสียหายจากนิวเคลียร์ได้กำหนดกรอบการทำงานระหว่างประเทศสำหรับความรับผิดทางนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม รัฐที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นส่วนใหญ่ในโลก รวมถึงสหรัฐอเมริกา รัสเซีย จีน และญี่ปุ่น ไม่ได้เป็นภาคีของอนุสัญญาความรับผิดทางนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ

ในสหรัฐอเมริกา เหตุการณ์เกี่ยวกับนิวเคลียร์หรือการแผ่รังสีได้รับความคุ้มครอง (สำหรับโรงงานที่ได้รับอนุญาตจนถึงปี 2025) ภายใต้กฎหมาย Price-Anderson Nuclear Insurance Act

นโยบายพลังงานของสหราชอาณาจักร ผ่านพระราชบัญญัติการติดตั้งนิวเคลียร์ปี 1965 ควบคุมความรับผิดต่อความเสียหายทางนิวเคลียร์ที่ผู้ถือใบอนุญาตนิวเคลียร์ของสหราชอาณาจักรต้องรับผิด กฎหมายกำหนดให้ผู้ปฏิบัติงานที่รับผิดชอบต้องจ่ายค่าเสียหายสูงถึง 150 ล้านปอนด์ภายในสิบปีนับจากเหตุการณ์ดังกล่าว หลังจากสิบปีไปอีกยี่สิบปี รัฐบาลจะต้องรับผิดชอบต่อพันธกรณีนี้ รัฐบาลยังต้องรับผิดชอบต่อความรับผิดระหว่างรัฐที่จำกัดเพิ่มเติม (ประมาณ 300 ล้านปอนด์) ภายใต้อนุสัญญาระหว่างประเทศ (อนุสัญญาปารีสว่าด้วยความรับผิดของบุคคลที่สามในด้านพลังงานนิวเคลียร์ และอนุสัญญาบรัสเซลส์ นอกเหนือจากอนุสัญญาปารีส)

การรื้อถอนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

การรื้อถอนนิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับการรื้อถอนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และการกำจัดการปนเปื้อนในพื้นที่ให้อยู่ในสภาพที่ไม่ก่อให้เกิดอันตรายจากรังสีต่อพลเรือน ความแตกต่างที่สำคัญจากการรื้อโรงไฟฟ้าประเภทอื่นคือการมีวัสดุกัมมันตภาพรังสีอยู่ การกำจัดและการถ่ายโอนไปยังสถานที่จัดเก็บขยะต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษ

โดยทั่วไปแล้ว โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้รับการออกแบบมาให้มีอายุการใช้งานประมาณ 30 ปี สถานีใหม่ได้รับการออกแบบให้มีอายุการใช้งาน 40 ถึง 60 ปี ปัจจัยการสึกหรอประการหนึ่งคือการเสื่อมสภาพของตัวกรองเครื่องปฏิกรณ์ภายใต้อิทธิพลของการฉายรังสีนิวตรอน

การรื้อถอนเกี่ยวข้องกับมาตรการด้านการบริหารและทางเทคนิคหลายประการ ซึ่งรวมถึงการล้างกัมมันตภาพรังสีอย่างสมบูรณ์และการรื้อถอนสถานีทั้งหมด เมื่อสถานที่ถูกเลิกใช้งานแล้ว ก็ไม่ควรเสี่ยงต่ออุบัติเหตุทางกัมมันตภาพรังสีหรือเป็นอันตรายต่อสุขภาพของผู้มาเยือนอีกต่อไป เมื่อโรงงานเลิกใช้งานโดยสมบูรณ์แล้ว โรงงานดังกล่าวจะถูกปล่อยออกจากการควบคุมตามกฎระเบียบ และผู้ได้รับใบอนุญาตโรงงานจะไม่รับผิดชอบต่อความปลอดภัยทางนิวเคลียร์อีกต่อไป

เหตุการณ์ประวัติศาสตร์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

อุตสาหกรรมนิวเคลียร์อ้างว่าเทคโนโลยีและการควบคุมใหม่ทำให้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปลอดภัยมากขึ้น แต่หลังจากภัยพิบัติเชอร์โนบิลในปี 1986 และจนถึงปี 2008 มีอุบัติเหตุเล็กๆ น้อยๆ 57 ครั้ง สองในสามเกิดขึ้นในสหรัฐอเมริกา สำนักงานพลังงานปรมาณูของฝรั่งเศส (CEA) ได้ข้อสรุปว่านวัตกรรมทางเทคนิคไม่สามารถขจัดความเสี่ยงจากปัจจัยมนุษย์ในการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้อย่างสมบูรณ์

ตามข้อมูลของเบนจามิน โสภาคูลในปี พ.ศ. 2546 ทีมสหวิทยาการของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) คาดการณ์ว่า เมื่อพิจารณาจากการเติบโตของพลังงานนิวเคลียร์ที่คาดหวังไว้ อาจมีอุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ร้ายแรงอย่างน้อยสี่ครั้งที่อาจเกิดขึ้นระหว่างปี พ.ศ. 2548 ถึง พ.ศ. 2598 อย่างไรก็ตาม การศึกษาของ MIT ไม่ได้คำนึงถึงการปรับปรุงด้านความปลอดภัยตั้งแต่ปี 1970

ข้อดีของพลังงานนิวเคลียร์

โรงงานนิวเคลียร์ถูกใช้เป็นหลักสำหรับภาระพื้นฐานเนื่องจากการพิจารณาทางเศรษฐกิจ ต้นทุนเชื้อเพลิงในการดำเนินโรงไฟฟ้านิวเคลียร์น้อยกว่าต้นทุนเชื้อเพลิงในการดำเนินโรงไฟฟ้าถ่านหินหรือก๊าซ การดำเนินงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีกำลังการผลิตน้อยกว่ากำลังการผลิตเต็มนั้นไม่สมเหตุสมผลในเชิงเศรษฐกิจ

อย่างไรก็ตาม ในฝรั่งเศส โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดำเนินงานในโหมดติดตามภาระเป็นส่วนใหญ่ แม้ว่า "เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่านี่ไม่ใช่สถานการณ์ทางเศรษฐกิจในอุดมคติสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์" หน่วย A ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Biblis ในเยอรมนีได้รับการออกแบบเพื่อเพิ่มและลดการผลิตไฟฟ้า 15% ต่อนาทีจาก 40% เป็น 100% ของกำลังการผลิตที่กำหนด เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือดมักจะมีความสามารถในการติดตามโหลดโดยการเปลี่ยนแปลงการไหลของน้ำที่หมุนเวียน

โครงการโรงไฟฟ้าในอนาคต

การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นใหม่หรือที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ Generation IV ถือเป็นหัวข้อของการวิจัยเชิงรุก โครงการใหม่จำนวนมากเหล่านี้พยายามทำให้เครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันสะอาดขึ้น ปลอดภัยยิ่งขึ้น และ/หรือมีความเสี่ยงต่อการแพร่กระจายของนิวเคลียร์น้อยลง สามารถสร้างพืชที่ปลอดภัยแบบพาสซีฟได้ (เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบใช้น้ำเดือดแบบประหยัดที่ประหยัด) ในขณะที่เป้าหมายของการวิจัยคือการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์โดยกำจัดอิทธิพลของปัจจัยมนุษย์ที่มีต่อพืชเหล่านั้นได้เกือบทั้งหมด เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันซึ่งยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นของการพัฒนา ได้ลดหรือขจัดความเสี่ยงบางประการที่เกี่ยวข้องกับการแยกตัวของนิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันยุโรป (EPR) สองเครื่องที่มีกำลังการผลิตรวม 1,600 เมกะวัตต์กำลังถูกสร้างขึ้นในยุโรป และอีกสองเครื่องกำลังถูกสร้างขึ้นในจีน เครื่องปฏิกรณ์นี้เป็นโครงการร่วมของบริษัท AREVA ในฝรั่งเศส และ Siemens AG ของเยอรมนี และจะเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก EPR หนึ่งแห่งตั้งอยู่ในเมือง Olkiluoto ประเทศฟินแลนด์ และเป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Olkiluoto เดิมเครื่องปฏิกรณ์มีกำหนดจะเริ่มดำเนินการในปี 2552 แต่การเปิดตัวเกิดความล่าช้าซ้ำแล้วซ้ำอีก และในเดือนกันยายน 2557 ได้ถูกเลื่อนกลับไปเป็นปี 2561 งานเตรียมการสำหรับ EPR ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Flamanville ในเมือง Flamanville เมือง Manche ประเทศฝรั่งเศส เริ่มต้นในปี 2549 โดยมีกำหนดวันที่แล้วเสร็จตามแผนในปี 2555 การสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์ฝรั่งเศสก็ล่าช้าเช่นกัน และตามการคาดการณ์ในปี 2556 มีการวางแผนที่จะเริ่มเครื่องในปี 2559 EPR ของจีนสองแห่งเป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Taishan ในเมือง Taishan มณฑลกวางตุ้ง เครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไท่ซานมีกำหนดจะเริ่มดำเนินการในปี 2557 และ 2558 แต่ถูกเลื่อนไปจนถึงปี 2560

ณ เดือนมีนาคม พ.ศ. 2550 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 7 แห่งในอินเดียและอีก 5 แห่งในจีนอยู่ระหว่างการก่อสร้าง

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2554 กัลฟ์ พาวเวอร์ กล่าวว่าหวังว่าจะเสร็จสิ้นการซื้อที่ดินขนาด 4,000 เอเคอร์ทางตอนเหนือของเมืองเพนซาโคลา รัฐฟลอริดา ภายในสิ้นปี พ.ศ. 2555 เพื่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เป็นไปได้

ในปี 2010 รัสเซียเริ่มก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ลอยน้ำ เรือ Akademik Lomonosov มูลค่า 100 ล้านปอนด์เป็นสถานีแรกจากเจ็ดสถานีที่จะจัดหาแหล่งพลังงานที่สำคัญแก่พื้นที่ห่างไกลของรัสเซีย

หากไม่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปี 2554 ภายในปี 2568 ประเทศในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้จะมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมด 29 แห่ง อินโดนีเซียจะมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 4 แห่ง มาเลเซียจะมี 4 แห่ง ไทยจะมี 5 แห่ง และเวียดนามจะมี 16 แห่ง

ในปี 2013 จีนมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่อยู่ระหว่างการก่อสร้าง 32 เครื่อง ซึ่งมากที่สุดในโลก

ระหว่างปี 2559 ถึง 2562 มีการวางแผนที่จะขยายโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สองแห่งในสหรัฐอเมริกาให้แล้วเสร็จ ได้แก่ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Vogtle ในจอร์เจียและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ VC Summer ในเซาท์แคโรไลนา เครื่องปฏิกรณ์ใหม่สองเครื่องที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Vogtl และเครื่องปฏิกรณ์ใหม่สองเครื่องที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฤดูร้อน VC ถือเป็นโครงการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกในสหรัฐอเมริกานับตั้งแต่เกิดอุบัติเหตุโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทรีไมล์ไอส์แลนด์ในปี 1979

รัฐบาลสหราชอาณาจักรได้อนุมัติการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Hinkley Point C

หลายประเทศได้เริ่มดำเนินโครงการนิวเคลียร์ทอเรียมแล้ว ทอเรียมพบได้ในธรรมชาติบ่อยกว่ายูเรเนียมถึงสี่เท่า แหล่งแร่ทอเรียมมากกว่า 60% - monazite - ตั้งอยู่ในห้าประเทศ: ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา อินเดีย บราซิล และนอร์เวย์ ทรัพยากรทอเรียมเหล่านี้เพียงพอต่อความต้องการพลังงานในปัจจุบันเป็นเวลาหลายพันปี วัฏจักรเชื้อเพลิงทอเรียมสามารถสร้างพลังงานนิวเคลียร์โดยมีกากกัมมันตภาพรังสีให้ผลผลิตต่ำกว่าวัฏจักรเชื้อเพลิงยูเรเนียม

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) เป็นโครงสร้างทางเทคนิคที่ซับซ้อนซึ่งออกแบบมาเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้าโดยการใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มีการควบคุม

ยูเรเนียมถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงทั่วไปสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปฏิกิริยาฟิชชันจะดำเนินการในหน่วยหลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์ติดตั้งอยู่ในโครงเหล็กที่ออกแบบมาสำหรับแรงดันสูง - สูงถึง 1.6 x 107 Pa หรือ 160 บรรยากาศ
ส่วนหลักของ VVER-1000 คือ:

1. โซนแอคทีฟซึ่งเป็นที่ตั้งของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ปฏิกิริยาลูกโซ่ของการแตกตัวของนิวเคลียร์เกิดขึ้นและปล่อยพลังงานออกมา
2. ตัวสะท้อนนิวตรอนรอบแกนกลาง
3. น้ำยาหล่อเย็น.
4. ระบบควบคุมการป้องกัน (CPS)
5. การป้องกันรังสี

ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ถูกปล่อยออกมาเนื่องจากปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนความร้อน ในกรณีนี้เกิดผลิตภัณฑ์ฟิชชันนิวเคลียร์ซึ่งมีทั้งของแข็งและก๊าซ - ซีนอน, คริปทอน ผลิตภัณฑ์จากฟิชชันมีกัมมันตภาพรังสีสูงมาก ดังนั้นเชื้อเพลิง (เม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์) จึงถูกใส่ไว้ในท่อเซอร์โคเนียมที่ปิดสนิท - แท่งเชื้อเพลิง (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) ท่อเหล่านี้จะรวมกันเป็นหลายชิ้นเคียงข้างกันเป็นชุดเชื้อเพลิงชุดเดียว ในการควบคุมและปกป้องเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ มีการใช้แท่งควบคุมที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ตลอดความสูงทั้งหมดของแกนกลาง แท่งทำจากสารที่ดูดซับนิวตรอนอย่างรุนแรง เช่น โบรอนหรือแคดเมียม เมื่อเสียบแท่งเข้าไปลึก ปฏิกิริยาลูกโซ่จะเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากนิวตรอนจะถูกดูดซับอย่างรุนแรงและถูกดึงออกจากโซนปฏิกิริยา แท่งจะถูกย้ายจากแผงควบคุมจากระยะไกล เมื่อมีการเคลื่อนไหวเล็กน้อยของแท่ง กระบวนการของลูกโซ่จะพัฒนาหรือจางหายไป ด้วยวิธีนี้พลังงานของเครื่องปฏิกรณ์จึงถูกควบคุม

แผนผังสถานีเป็นแบบวงจรคู่ วงจรกัมมันตรังสีวงจรแรกประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์ VVER 1000 หนึ่งเครื่องและลูปการระบายความร้อนแบบหมุนเวียนสี่วง วงจรที่ 2 ไม่มีกัมมันตภาพรังสี ประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไอน้ำและหน่วยจ่ายน้ำ และกังหัน 1 ตัวที่มีกำลังการผลิต 1,030 เมกะวัตต์ สารหล่อเย็นปฐมภูมิคือน้ำไม่เดือดที่มีความบริสุทธิ์สูงภายใต้แรงดัน 16 MPa ด้วยการเติมสารละลายกรดบอริกซึ่งเป็นตัวดูดซับนิวตรอนชนิดแรง ซึ่งใช้ในการควบคุมกำลังของเครื่องปฏิกรณ์

1. ปั๊มหมุนเวียนหลักจะสูบน้ำผ่านแกนเครื่องปฏิกรณ์ โดยให้ความร้อนถึงอุณหภูมิ 320 องศา เนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์
2. สารหล่อเย็นที่ให้ความร้อนจะถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำในวงจรทุติยภูมิ (สารทำงาน) และระเหยไปในเครื่องกำเนิดไอน้ำ
3. สารหล่อเย็นที่ระบายความร้อนจะกลับเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์อีกครั้ง
4. เครื่องกำเนิดไอน้ำผลิตไอน้ำอิ่มตัวที่ความดัน 6.4 MPa ซึ่งจ่ายให้กับกังหันไอน้ำ
5. กังหันขับเคลื่อนโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
6. ไอน้ำเสียจะถูกควบแน่นในคอนเดนเซอร์และจ่ายให้กับเครื่องกำเนิดไอน้ำอีกครั้งโดยปั๊มคอนเดนเสท เพื่อรักษาแรงดันในวงจรให้คงที่ จึงได้ติดตั้งตัวชดเชยปริมาตรไอน้ำ
7. ความร้อนของการควบแน่นของไอน้ำจะถูกกำจัดออกจากคอนเดนเซอร์โดยน้ำหมุนเวียน ซึ่งจ่ายโดยปั๊มป้อนจากบ่อทำความเย็น
8. ทั้งวงจรที่หนึ่งและที่สองของเครื่องปฏิกรณ์ถูกปิดผนึก สิ่งนี้ทำให้มั่นใจในความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์สำหรับบุคลากรและสาธารณะ

หากไม่สามารถใช้น้ำปริมาณมากในการควบแน่นของไอน้ำ แทนที่จะใช้อ่างเก็บน้ำ น้ำสามารถระบายความร้อนในหอหล่อเย็นพิเศษ (หอหล่อเย็น)

ความปลอดภัยและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นั้นได้รับการรับรองโดยการปฏิบัติตามกฎระเบียบ (กฎการดำเนินงาน) และอุปกรณ์ควบคุมจำนวนมากอย่างเข้มงวด ทั้งหมดนี้ออกแบบมาเพื่อการควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ที่รอบคอบและมีประสิทธิภาพ
การป้องกันเหตุฉุกเฉินของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือชุดอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ในแกนเครื่องปฏิกรณ์อย่างรวดเร็ว

การป้องกันเหตุฉุกเฉินแบบแอคทีฟจะถูกกระตุ้นโดยอัตโนมัติเมื่อพารามิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถึงค่าที่อาจนำไปสู่อุบัติเหตุได้ พารามิเตอร์ดังกล่าวอาจรวมถึง: อุณหภูมิ ความดันและการไหลของน้ำหล่อเย็น ระดับและความเร็วของกำลังที่เพิ่มขึ้น

องค์ประกอบเชิงบริหารของการป้องกันเหตุฉุกเฉิน ในกรณีส่วนใหญ่คือแท่งที่มีสารดูดซับนิวตรอนได้ดี (โบรอนหรือแคดเมียม) บางครั้ง เพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ ตัวดูดซับของเหลวจะถูกฉีดเข้าไปในวงจรน้ำหล่อเย็น

นอกเหนือจากการป้องกันแบบแอคทีฟแล้ว การออกแบบที่ทันสมัยจำนวนมากยังรวมองค์ประกอบของการป้องกันแบบพาสซีฟด้วย ตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์ VVER เวอร์ชันใหม่มี “ระบบทำความเย็นแกนฉุกเฉิน” (ECCS) ซึ่งเป็นถังพิเศษที่มีกรดบอริกอยู่เหนือเครื่องปฏิกรณ์ ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุพื้นฐานการออกแบบสูงสุด (การแตกของวงจรทำความเย็นแรกของเครื่องปฏิกรณ์) สิ่งที่บรรจุอยู่ในถังเหล่านี้จะจบลงภายในแกนเครื่องปฏิกรณ์ตามแรงโน้มถ่วง และปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์จะถูกดับลงด้วยสารที่มีโบรอนจำนวนมาก ซึ่งดูดซับนิวตรอนได้ดี

ตาม “กฎความปลอดภัยทางนิวเคลียร์สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์” ระบบปิดเครื่องปฏิกรณ์ที่ให้ไว้อย่างน้อยหนึ่งระบบจะต้องทำหน้าที่ป้องกันเหตุฉุกเฉิน (EP) การป้องกันเหตุฉุกเฉินจะต้องมีองค์ประกอบการทำงานอิสระอย่างน้อยสองกลุ่ม ที่สัญญาณ AZ ชิ้นส่วนทำงานของ AZ จะต้องเปิดใช้งานจากตำแหน่งทำงานหรือตำแหน่งกลางใดๆ
อุปกรณ์ AZ จะต้องประกอบด้วยชุดแยกกันอย่างน้อยสองชุด

อุปกรณ์ AZ แต่ละชุดจะต้องได้รับการออกแบบในลักษณะที่ให้การป้องกันในช่วงการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของนิวตรอนฟลักซ์จาก 7% ถึง 120% ของค่าเล็กน้อย:
1. โดยความหนาแน่นฟลักซ์นิวตรอน - ไม่น้อยกว่าสามช่องอิสระ
2. ตามอัตราการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของนิวตรอนฟลักซ์ - ไม่น้อยกว่าสามช่องอิสระ

อุปกรณ์ป้องกันเหตุฉุกเฉินแต่ละชุดจะต้องได้รับการออกแบบในลักษณะที่ตลอดช่วงของการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทางเทคโนโลยีที่กำหนดในการออกแบบโรงงานเครื่องปฏิกรณ์ (RP) การป้องกันเหตุฉุกเฉินนั้นจัดทำโดยช่องทางอิสระอย่างน้อยสามช่องสำหรับพารามิเตอร์ทางเทคโนโลยีแต่ละรายการ ซึ่งจำเป็นต้องมีการป้องกัน

คำสั่งควบคุมของแต่ละชุดสำหรับแอคชูเอเตอร์ AZ จะต้องส่งผ่านอย่างน้อยสองช่องทาง เมื่อช่องหนึ่งในชุดอุปกรณ์ AZ ชุดใดชุดหนึ่งถูกเลิกใช้งานโดยไม่ได้ชุดนี้ออกจากการทำงาน สัญญาณเตือนควรถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติสำหรับช่องนี้

จะต้องกระตุ้นการป้องกันฉุกเฉินอย่างน้อยในกรณีต่อไปนี้:
1. เมื่อไปถึงการตั้งค่า AZ สำหรับความหนาแน่นของนิวตรอนฟลักซ์
2. เมื่อไปถึงการตั้งค่า AZ สำหรับอัตราการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของนิวตรอนฟลักซ์
3. หากแรงดันไฟฟ้าหายไปในชุดอุปกรณ์ป้องกันฉุกเฉินและบัสจ่ายไฟ CPS ที่ยังไม่ได้ใช้งาน
4. ในกรณีที่ช่องป้องกันสองในสามช่องใดช่องหนึ่งล้มเหลวสำหรับความหนาแน่นฟลักซ์นิวตรอนหรืออัตราการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์นิวตรอนในชุดอุปกรณ์ AZ ใด ๆ ที่ยังไม่ได้ใช้งาน
5. เมื่อถึงการตั้งค่า AZ ด้วยพารามิเตอร์ทางเทคโนโลยีที่ต้องดำเนินการป้องกัน
6. เมื่อทริกเกอร์ AZ จากคีย์จากจุดควบคุมบล็อก (BCP) หรือจุดควบคุมสำรอง (RCP)

เนื้อหานี้จัดทำโดยบรรณาธิการออนไลน์ของ www.rian.ru โดยอาศัยข้อมูลจาก RIA Novosti และโอเพ่นซอร์ส

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์สมัยใหม่แพร่หลายไปทั่วโลก เนื่องจากมีพลังงานและประสิทธิภาพสูง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกด้อยกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ล่าสุดหลายประการ การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกเริ่มขึ้นในกลางศตวรรษที่ผ่านมา

เปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกในสหภาพโซเวียต

การพัฒนาแผนสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกเริ่มต้นหลังจากการทดสอบระเบิดปรมาณูลูกแรกในสหภาพโซเวียตที่ประสบความสำเร็จเมื่อมีการผลิตพลูโตเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และยังมีการจัดการการผลิตยูเรเนียมเสริมสมรรถนะด้วย การอภิปรายในวงกว้างเกี่ยวกับโอกาสและปัญหาหลักของการเปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อผลิตพลังงานเกิดขึ้นในฤดูใบไม้ร่วงปี พ.ศ. 2492

งานเกี่ยวกับการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกเริ่มขึ้นในกลางศตวรรษที่ 20 ตลอดระยะเวลา 4 ปีตั้งแต่ปี พ.ศ. 2493 ถึง พ.ศ. 2497 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกได้ถูกสร้างขึ้น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกเริ่มดำเนินการอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2497 บนดินแดนของสหภาพโซเวียตในเมืองออบนินสค์ การดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นี้ได้รับการรับรองโดยเครื่องปฏิกรณ์ AM-1 ซึ่งมีกำลังสูงสุดเพียง 5 เมกะวัตต์

โรงไฟฟ้าแห่งนี้เดินเครื่องต่อเนื่องมาเป็นเวลาเกือบ 48 ปี ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2545 เครื่องปฏิกรณ์ของสถานีถูกปิดตัวลง การตัดสินใจปิดสถานีเกิดขึ้นเนื่องจากการพิจารณาทางเศรษฐกิจและความไม่สะดวกในการใช้งานต่อไป Obninsk NPP ไม่เพียงแต่เปิดตัวครั้งแรกเท่านั้น แต่ยังเป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกที่ปิดตัวลงในรัสเซียอีกด้วย

ความสำคัญของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรก

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกในสหภาพโซเวียตสามารถเปิดทางให้ใช้พลังงานปรมาณูเพื่อความสงบสุขได้ การดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกๆ ยังทำให้สามารถสั่งสมประสบการณ์ด้านวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ที่จำเป็นสำหรับการออกแบบและการก่อสร้างโรงงานขนาดใหญ่ต่อไปได้

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่สร้างขึ้นใน Obninsk แม้ในช่วงระยะเวลาการก่อสร้างก็ถูกเปลี่ยนเป็นโรงเรียนประเภทหนึ่งสำหรับฝึกอบรมบุคลากร เจ้าหน้าที่ปฏิบัติการ และนักวิจัย Obninsk NPP มีบทบาทนี้มานานหลายทศวรรษผ่านการใช้ในอุตสาหกรรมและมีการทดลองจำนวนมาก

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกในประเทศต่างๆ

ประสบการณ์การดำเนินงานระยะยาวของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของสหภาพโซเวียตได้ยืนยันโซลูชันทางวิศวกรรมและทางเทคนิคเกือบทั้งหมดที่นำเสนอโดยผู้เชี่ยวชาญในสาขานี้ นี่เป็นโอกาสในการสร้างและเปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Beloyarsk ได้สำเร็จในปี 2507 ซึ่งมีกำลังการผลิตถึง 300 เมกะวัตต์

ในอังกฤษ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกเปิดตัวอย่างเป็นทางการในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2499 เท่านั้น นอกอาณาเขตของสหภาพโซเวียต โรงงานแห่งนี้กลายเป็นสถานีอุตสาหกรรมแห่งแรกในประเภทนี้ โรงไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในเมืองคาลเดอร์ฮอลล์ของอังกฤษมีกำลังการผลิต 46 เมกะวัตต์ในขณะที่เปิดตัว ไม่กี่ปีต่อมา การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่อีกหลายแห่งได้เริ่มขึ้น

ในสหรัฐอเมริกา โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกเริ่มดำเนินการในปี พ.ศ. 2500 โรงไฟฟ้าขนาด 60 เมกะวัตต์ตั้งอยู่ในรัฐชิปปิ้งพอร์ตของสหรัฐอเมริกา สหรัฐอเมริกาหยุดการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ในปี 1979 หลังเกิดอุบัติเหตุระดับโลกที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทรีไมล์ไอส์แลนด์ การก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ใหม่สองเครื่องตามสถานีก่อนหน้านี้มีการวางแผนในปี 2560 เท่านั้น

เหตุการณ์สำคัญที่เกิดขึ้นในปี 1986 มีผลกระทบร้ายแรงต่อโลก และบังคับให้เราต้องพิจารณาประเด็นที่เกี่ยวข้องหลายประการอีกครั้ง ผู้เชี่ยวชาญจากประเทศต่างๆ เริ่มแก้ไขปัญหาด้านความปลอดภัยและคิดถึงความสำคัญของความร่วมมือระหว่างประเทศเพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยสูงสุดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ปัจจุบัน ในประเทศต่างๆ เช่น อินเดีย แคนาดา รัสเซีย อินเดีย เกาหลี จีน สหรัฐอเมริกา และฟินแลนด์ โครงการสำหรับการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์เพิ่มเติมกำลังได้รับการพัฒนาและดำเนินการอย่างแข็งขัน ในสภาวะสมัยใหม่ ทั่วโลกมีเครื่องปฏิกรณ์ 56 เครื่องในขั้นตอนการก่อสร้าง และคาดว่าจะสร้างเครื่องปฏิกรณ์อีก 143 เครื่องก่อนปี 2573

ข้อดีและข้อเสียของการใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

มันเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทั่วโลก ในขณะเดียวกัน การเติบโตของการบริโภคก็เพิ่มขึ้นในอัตราที่เร็วกว่าการผลิตพลังงาน และการประยุกต์ใช้โซลูชั่นทางเทคนิคสมัยใหม่ที่มีแนวโน้มดีในทางปฏิบัติในด้านนี้ ด้วยเหตุผลหลายประการ จะเริ่มในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า วิธีแก้ปัญหานี้คือการปรับปรุงพลังงานนิวเคลียร์และการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งใหม่ สามารถระบุข้อดีของการดำเนินงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้ดังต่อไปนี้:

1. ความเข้มข้นพลังงานสูงของทรัพยากรเชื้อเพลิงที่ใช้ เมื่อการเผาไหม้สมบูรณ์ ยูเรเนียม 1 กิโลกรัมจะปล่อยพลังงานออกมาในปริมาณเทียบเท่ากับผลจากการเผาไหม้น้ำมันประมาณ 50 ตัน หรือถ่านหินจำนวนมากเป็นสองเท่า
2. ความสามารถในการนำทรัพยากรกลับมาใช้ใหม่หลังการประมวลผล ยูเรเนียมแบบแยกส่วนต่างจากขยะเชื้อเพลิงฟอสซิลที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อสร้างพลังงานได้ การพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพิ่มเติมเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนผ่านไปสู่ระบบปิดอย่างสมบูรณ์ ซึ่งจะช่วยให้แน่ใจว่าไม่มีการก่อตัวของของเสียที่เป็นอันตราย
3. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ก่อให้เกิดภาวะเรือนกระจก ทุกๆ วัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ช่วยหลีกเลี่ยงการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 600 ล้านตัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ดำเนินงานในรัสเซียป้องกันการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่า 200 ล้านตันออกสู่สิ่งแวดล้อมทุกปี
4. ความเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์จากที่ตั้งของแหล่งเชื้อเพลิง ระยะทางที่ดีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากการสะสมของยูเรเนียมไม่ได้ส่งผลกระทบต่อความเป็นไปได้ในการดำเนินงานแต่อย่างใด พลังงานที่เทียบเท่ากับทรัพยากรนิวเคลียร์นั้นมากกว่าหลายเท่าเมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงอินทรีย์ และต้นทุนการขนส่งก็ต่ำมาก
5. ต้นทุนการใช้งานต่ำ สำหรับประเทศจำนวนมาก การผลิตไฟฟ้าโดยใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นไม่แพงไปกว่าการใช้โรงไฟฟ้าประเภทอื่น

แม้จะมีแง่บวกหลายประการของการดำเนินงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แต่ก็ยังมีปัญหาอยู่หลายประการ ข้อเสียเปรียบหลักคือผลกระทบร้ายแรงจากสถานการณ์ฉุกเฉิน เพื่อป้องกันไม่ให้โรงไฟฟ้าแห่งใดติดตั้งระบบความปลอดภัยที่ค่อนข้างซับซ้อนโดยมีการสำรองและความซ้ำซ้อนจำนวนมาก ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อกลไกภายในส่วนกลางได้แม้ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุร้ายแรง

ปัญหาใหญ่สำหรับการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก็คือการทำลายล้างหลังจากทรัพยากรหมดลง ต้นทุนการชำระบัญชีอาจสูงถึง 20% ของต้นทุนการก่อสร้างทั้งหมด นอกจากนี้ ด้วยเหตุผลทางเทคนิค โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงไม่ควรทำงานในโหมดหลบหลีก

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกทำให้สามารถก้าวสำคัญในการปรับปรุงพลังงานนิวเคลียร์ได้ ในสภาวะสมัยใหม่ในรัสเซีย ไฟฟ้าประมาณ 17% ผลิตโดยใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เนื่องจากประโยชน์ของการดำเนินงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ หลายประเทศจึงเริ่มสร้างเครื่องปฏิกรณ์ใหม่และพิจารณาว่าเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่มีอนาคต

ปัญหาระดับโลกประการหนึ่งของมนุษยชาติคือพลังงาน โครงสร้างพื้นฐานทางแพ่ง อุตสาหกรรม การทหาร ทั้งหมดนี้ต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมหาศาล และมีการจัดสรรแร่ธาตุจำนวนมากทุกปีเพื่อผลิตไฟฟ้า ปัญหาคือทรัพยากรเหล่านี้มีไม่สิ้นสุด และตอนนี้ แม้ว่าสถานการณ์จะมีเสถียรภาพไม่มากก็น้อย แต่เราก็ต้องคิดถึงอนาคต มีการตั้งความหวังอันยิ่งใหญ่ไว้กับไฟฟ้าทางเลือกที่สะอาด แต่ดังที่แสดงให้เห็นในทางปฏิบัติแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้ยังห่างไกลจากที่ต้องการ ต้นทุนของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลมมีมาก แต่ปริมาณพลังงานมีน้อย และนั่นคือเหตุผลว่าทำไมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงถือเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการพัฒนาต่อไป

ประวัติความเป็นมาของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

แนวคิดแรกเกี่ยวกับการใช้อะตอมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าปรากฏในสหภาพโซเวียตในช่วงทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ 20 เกือบ 10 ปีก่อนการสร้างอาวุธทำลายล้างสูงของตนเองบนพื้นฐานนี้ ในปีพ.ศ. 2491 หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้รับการพัฒนา และในเวลาเดียวกันก็เป็นไปได้เป็นครั้งแรกในโลกที่จะจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์จากพลังงานปรมาณู ในปีพ.ศ. 2493 สหรัฐอเมริกาได้สร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กเสร็จสิ้น ซึ่งในเวลานั้นถือได้ว่าเป็นโรงไฟฟ้าประเภทนี้เพียงแห่งเดียวในโลก จริงอยู่ที่ว่าเป็นการทดลองและผลิตพลังงานได้เพียง 800 วัตต์ ในเวลาเดียวกันในสหภาพโซเวียตมีการวางรากฐานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เต็มรูปแบบแห่งแรกของโลกแม้ว่าหลังจากการว่าจ้างจะยังไม่ได้ผลิตไฟฟ้าในระดับอุตสาหกรรมก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์นี้ถูกนำมาใช้เพื่อขัดเกลาเทคโนโลยีมากขึ้น

นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ก็ได้เริ่มต้นขึ้นทั่วโลก นอกเหนือจากผู้นำดั้งเดิมใน "เชื้อชาติ" นี้แล้ว สหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกยังปรากฏใน:

• พ.ศ. 2499 (ค.ศ. 1956) - สหราชอาณาจักร
• พ.ศ. 2502 - ฝรั่งเศส
• พ.ศ. 2504 - เยอรมนี
• พ.ศ. 2505 - แคนาดา
• 2507 - สวีเดน
• พ.ศ. 2509 - ญี่ปุ่น

จำนวนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ถูกสร้างขึ้นเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งเกิดภัยพิบัติเชอร์โนบิล หลังจากนั้นการก่อสร้างก็เริ่มหยุดนิ่ง และหลายประเทศก็เริ่มละทิ้งพลังงานนิวเคลียร์ทีละน้อย ในขณะนี้โรงไฟฟ้าใหม่ดังกล่าวปรากฏในรัสเซียและจีนเป็นหลัก บางประเทศที่วางแผนไว้ก่อนหน้านี้ว่าจะเปลี่ยนมาใช้พลังงานประเภทอื่นกำลังค่อยๆ กลับเข้าสู่โครงการนี้ และอาจมีการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพิ่มขึ้นอีกในอนาคตอันใกล้นี้ นี่เป็นขั้นตอนบังคับในการพัฒนามนุษย์ อย่างน้อยก็จนกว่าจะพบทางเลือกอื่นที่มีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตพลังงาน

คุณสมบัติของพลังงานนิวเคลียร์

ข้อได้เปรียบหลักคือการสร้างพลังงานจำนวนมหาศาลโดยสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยที่สุดและแทบไม่มีมลภาวะเลย หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นใช้เครื่องจักรไอน้ำธรรมดาและใช้น้ำเป็นองค์ประกอบหลัก (ไม่นับเชื้อเพลิงเอง) ดังนั้นจากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม อันตรายจึงน้อยมาก อันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากโรงไฟฟ้าประเภทนี้มีการพูดเกินจริงอย่างมาก สาเหตุของภัยพิบัติเชอร์โนบิลยังไม่ได้รับการยืนยันอย่างน่าเชื่อถือ (ดูข้อมูลเพิ่มเติมด้านล่าง) และยิ่งไปกว่านั้น ข้อมูลทั้งหมดที่รวบรวมไว้เป็นส่วนหนึ่งของการสืบสวนยังทำให้โรงงานที่มีอยู่มีความทันสมัยขึ้นได้ โดยกำจัดตัวเลือกการปล่อยรังสีที่ไม่น่าเป็นไปได้ด้วยซ้ำ นักสิ่งแวดล้อมบางครั้งกล่าวว่าสถานีดังกล่าวเป็นแหล่งมลพิษทางความร้อนที่ทรงพลัง แต่ก็ไม่เป็นความจริงทั้งหมดเช่นกัน อันที่จริงน้ำร้อนจากวงจรทุติยภูมิจะเข้าสู่อ่างเก็บน้ำ แต่ส่วนใหญ่มักจะใช้เวอร์ชันเทียมที่สร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์นี้โดยเฉพาะและในกรณีอื่น ๆ ส่วนแบ่งของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นดังกล่าวไม่สามารถเปรียบเทียบได้กับมลพิษจากแหล่งพลังงานอื่น

ปัญหาน้ำมันเชื้อเพลิง

ไม่ใช่บทบาทขั้นต่ำในความนิยมของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เล่นโดยเชื้อเพลิง - ยูเรเนียม-235 มีความต้องการน้อยกว่าประเภทอื่นๆ อย่างมากพร้อมทั้งปล่อยพลังงานมหาศาลพร้อมกัน หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับการใช้เชื้อเพลิงนี้ในรูปแบบของ "เม็ดยา" พิเศษที่วางอยู่ในแท่ง ที่จริงแล้วปัญหาเดียวในกรณีนี้คือการสร้างรูปร่างเช่นนี้ อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเพิ่งเริ่มปรากฏว่าปริมาณสำรองทั่วโลกในปัจจุบันจะอยู่ได้ไม่นานเช่นกัน แต่สิ่งนี้ได้เตรียมไว้ให้แล้ว เครื่องปฏิกรณ์สามวงจรใหม่ล่าสุดทำงานกับยูเรเนียม-238 ซึ่งมีอยู่มากมายและปัญหาการขาดแคลนเชื้อเพลิงจะหมดไปเป็นเวลานาน

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สองวงจร

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น มันมีพื้นฐานมาจากเครื่องจักรไอน้ำธรรมดา กล่าวโดยย่อ หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือการให้ความร้อนน้ำจากวงจรหลัก ซึ่งจะทำให้น้ำจากวงจรทุติยภูมิร้อนขึ้นเป็นสถานะไอน้ำ ไหลเข้าสู่กังหันหมุนใบพัดทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ไอน้ำ "ของเสีย" จะเข้าสู่คอนเดนเซอร์และเปลี่ยนกลับเป็นน้ำ สิ่งนี้ทำให้เกิดวงจรที่เกือบจะปิด ตามทฤษฎีแล้ว ทั้งหมดนี้สามารถทำงานได้ง่ายยิ่งขึ้นโดยใช้เพียงวงจรเดียว แต่สิ่งนี้ไม่ปลอดภัยจริงๆ เนื่องจากในทางทฤษฎีแล้วน้ำในวงจรนั้นอาจมีการปนเปื้อนได้ ซึ่งได้รับการยกเว้นเมื่อใช้มาตรฐานระบบสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ โดยมีวัฏจักรน้ำสองวัฏจักรแยกจากกัน

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สามวงจร

เหล่านี้เป็นโรงไฟฟ้าที่ทันสมัยกว่าซึ่งใช้ยูเรเนียม-238 ปริมาณสำรองมีมากกว่า 99% ของธาตุกัมมันตภาพรังสีทั้งหมดในโลก (ดังนั้นจึงมีโอกาสสูงสำหรับการใช้งาน) หลักการทำงานและการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประเภทนี้ประกอบด้วยวงจรมากถึงสามวงจรและการใช้งานโซเดียมเหลวอย่างแข็งขัน โดยทั่วไปแล้วทุกอย่างยังคงเหมือนเดิมแต่มีการเพิ่มเติมเล็กน้อย ในวงจรปฐมภูมิ ได้รับความร้อนโดยตรงจากเครื่องปฏิกรณ์ โซเดียมเหลวนี้จะหมุนเวียนที่อุณหภูมิสูง วงกลมที่สองได้รับความร้อนจากวงแรกและใช้ของเหลวเดียวกันแต่ไม่ร้อนมาก และเฉพาะในวงจรที่สามเท่านั้นที่ใช้น้ำซึ่งถูกให้ความร้อนจากวินาทีจนถึงสถานะไอน้ำและหมุนกังหัน ระบบมีความซับซ้อนทางเทคโนโลยีมากขึ้น แต่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จำเป็นต้องสร้างเพียงครั้งเดียวเท่านั้น และสิ่งที่เหลืออยู่ก็คือเพลิดเพลินไปกับผลงานของแรงงาน

เชอร์โนบิล

เชื่อว่าหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลเป็นสาเหตุหลักของภัยพิบัติ อย่างเป็นทางการมีสิ่งที่เกิดขึ้นสองเวอร์ชัน ตามที่กล่าวไว้ ปัญหาเกิดขึ้นเนื่องจากการกระทำที่ไม่เหมาะสมของผู้ปฏิบัติงานเครื่องปฏิกรณ์ ตามข้อที่สองเนื่องจากการออกแบบโรงไฟฟ้าไม่ประสบผลสำเร็จ อย่างไรก็ตาม หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลก็ถูกนำมาใช้ในสถานีอื่นประเภทนี้ซึ่งทำงานได้อย่างถูกต้องมาจนถึงทุกวันนี้ มีความเห็นว่าเกิดอุบัติเหตุเป็นลูกโซ่ซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเกิดซ้ำอีก ซึ่งรวมถึงแผ่นดินไหวขนาดเล็กในพื้นที่ การทำการทดลองกับเครื่องปฏิกรณ์ ปัญหาเล็กน้อยเกี่ยวกับการออกแบบ และอื่นๆ ทั้งหมดนี้ทำให้เกิดการระเบิด อย่างไรก็ตาม สาเหตุที่ทำให้พลังของเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทั้งที่ไม่ควรเป็นเช่นนั้นนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด มีความคิดเห็นเกี่ยวกับการก่อวินาศกรรมที่เป็นไปได้ แต่จนถึงทุกวันนี้ก็ยังไม่มีการพิสูจน์อะไรเลย

ฟุกุชิมะ

นี่เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของภัยพิบัติระดับโลกที่เกี่ยวข้องกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และในกรณีนี้ สาเหตุก็มาจากอุบัติเหตุต่อเนื่องกัน สถานีนี้ได้รับการปกป้องจากแผ่นดินไหวและสึนามิอย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งไม่ใช่เรื่องแปลกบนชายฝั่งญี่ปุ่น น้อยคนนักที่จะจินตนาการได้ว่าเหตุการณ์ทั้งสองจะเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Fukushima NPP เกี่ยวข้องกับการใช้แหล่งพลังงานภายนอกเพื่อรักษาความปลอดภัยทั้งหมดในการทำงาน นี่เป็นมาตรการที่สมเหตุสมผล เนื่องจากเป็นการยากที่จะได้รับพลังงานจากโรงงานในระหว่างเกิดอุบัติเหตุ เนื่องจากแผ่นดินไหวและสึนามิ แหล่งกำเนิดทั้งหมดเหล่านี้ล้มเหลว ส่งผลให้เครื่องปฏิกรณ์ละลายและก่อให้เกิดภัยพิบัติ ขณะนี้กำลังพยายามซ่อมแซมความเสียหาย ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าจะใช้เวลาอีก 40 ปี

แม้จะมีประสิทธิภาพทั้งหมด แต่พลังงานนิวเคลียร์ยังคงมีราคาค่อนข้างแพง เนื่องจากหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไอน้ำของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และส่วนประกอบอื่นๆ บ่งบอกถึงต้นทุนการก่อสร้างจำนวนมากที่จำเป็นต้องได้รับการชดใช้ ปัจจุบัน ไฟฟ้าจากถ่านหินและน้ำมันยังคงมีราคาถูกกว่า แต่ทรัพยากรเหล่านี้จะหมดลงในหลายทศวรรษข้างหน้า และภายในไม่กี่ปีข้างหน้า พลังงานนิวเคลียร์จะมีราคาถูกกว่าสิ่งอื่นใด ในปัจจุบัน ไฟฟ้าที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจากแหล่งพลังงานทางเลือก (โรงไฟฟ้าพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์) มีต้นทุนเพิ่มขึ้นประมาณ 20 เท่า

เชื่อกันว่าหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่อนุญาตให้สร้างสถานีดังกล่าวได้อย่างรวดเร็ว มันไม่เป็นความจริง การก่อสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกประเภทนี้โดยเฉลี่ยจะใช้เวลาประมาณ 5 ปี

สถานีได้รับการปกป้องอย่างสมบูรณ์แบบไม่เพียงแต่จากการปล่อยรังสีที่อาจเกิดขึ้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัจจัยภายนอกส่วนใหญ่ด้วย ตัวอย่างเช่น หากผู้ก่อการร้ายเลือกโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แทนตึกแฝด พวกเขาสามารถสร้างความเสียหายเพียงเล็กน้อยต่อโครงสร้างพื้นฐานโดยรอบ ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ในทางใดทางหนึ่ง

ผลลัพธ์

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แทบไม่แตกต่างจากหลักการทำงานของโรงไฟฟ้าแบบดั้งเดิมอื่นๆ ส่วนใหญ่ พลังงานไอน้ำถูกใช้ไปทุกที่ โรงไฟฟ้าพลังน้ำใช้แรงดันของน้ำไหล และแม้แต่โมเดลที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ก็ยังใช้ของเหลวที่ถูกให้ความร้อนจนเดือดและหมุนกังหัน ข้อยกเว้นประการเดียวสำหรับกฎนี้คือฟาร์มกังหันลม ซึ่งใบพัดหมุนเนื่องจากการเคลื่อนตัวของมวลอากาศ

การผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นวิธีการผลิตไฟฟ้าที่ทันสมัยและมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว คุณรู้หรือไม่ว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานอย่างไร? หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร? ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทใดบ้าง? เราจะพยายามพิจารณารายละเอียดรูปแบบการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เจาะลึกโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และค้นหาว่าวิธีการผลิตไฟฟ้าด้วยนิวเคลียร์มีความปลอดภัยเพียงใด

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

สถานีใดก็ตามที่เป็นพื้นที่ปิดซึ่งห่างไกลจากเขตที่อยู่อาศัย มีอาคารหลายหลังในอาณาเขตของตน โครงสร้างที่สำคัญที่สุดคืออาคารเครื่องปฏิกรณ์ ถัดจากอาคารคือห้องกังหันที่ใช้ควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ และอาคารนิรภัย

โครงการนี้เป็นไปไม่ได้หากไม่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (นิวเคลียร์) เป็นอุปกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ออกแบบมาเพื่อจัดระเบียบปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันนิวตรอนโดยการปล่อยพลังงานตามคำสั่งในระหว่างกระบวนการนี้ แต่หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร?

การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดตั้งอยู่ในอาคารเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเป็นหอคอยคอนกรีตขนาดใหญ่ที่ซ่อนเครื่องปฏิกรณ์ และจะบรรจุผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของปฏิกิริยานิวเคลียร์ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ หอคอยขนาดใหญ่นี้เรียกว่าห้องกักกัน เปลือกสุญญากาศ หรือเขตกักกัน

โซนสุญญากาศในเครื่องปฏิกรณ์ใหม่มีผนังคอนกรีตหนา 2 ผนัง - เปลือก
เปลือกนอกหนา 80 ซม. ปกป้องโซนกักกันจากอิทธิพลภายนอก

เปลือกชั้นในหนา 1 เมตร 20 ซม. มีสายเหล็กพิเศษเพิ่มความแข็งแรงของคอนกรีตเกือบ 3 เท่า และจะป้องกันไม่ให้โครงสร้างพังทลาย ด้านในบุด้วยแผ่นเหล็กพิเศษบางๆ ซึ่งได้รับการออกแบบเพื่อใช้เป็นการป้องกันเพิ่มเติมสำหรับการกักเก็บ และในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ จะไม่ปล่อยสิ่งที่อยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์ออกนอกเขตกักกัน

การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นี้ช่วยให้สามารถทนทานต่อเครื่องบินตกที่มีน้ำหนักมากถึง 200 ตัน แผ่นดินไหวขนาด 8 พายุทอร์นาโด และสึนามิ

เปลือกปิดผนึกแห่งแรกถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ American Connecticut Yankee ในปี 1968

ความสูงรวมของเขตกักกันอยู่ที่ 50-60 เมตร

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประกอบด้วยอะไร?

เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คุณต้องเข้าใจส่วนประกอบของเครื่องปฏิกรณ์

• โซนที่ใช้งานอยู่ นี่คือบริเวณที่วางเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (เครื่องกำเนิดเชื้อเพลิง) และเครื่องหน่วงไฟ อะตอมเชื้อเพลิง (ส่วนใหญ่มักเป็นยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิง) จะเกิดปฏิกิริยาฟิชชันแบบลูกโซ่ โมเดอเรเตอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมกระบวนการฟิชชันและทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ต้องการในแง่ของความเร็วและความแข็งแกร่ง
• ตัวสะท้อนนิวตรอน ตัวสะท้อนแสงล้อมรอบแกนกลาง ประกอบด้วยเนื้อหาเดียวกันกับผู้ดำเนินรายการ โดยพื้นฐานแล้วนี่คือกล่องซึ่งมีจุดประสงค์หลักคือเพื่อป้องกันไม่ให้นิวตรอนออกจากแกนกลางและเข้าสู่สิ่งแวดล้อม
• น้ำยาหล่อเย็น สารหล่อเย็นจะต้องดูดซับความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการแยกตัวของอะตอมเชื้อเพลิงและถ่ายโอนไปยังสารอื่น สารหล่อเย็นส่วนใหญ่จะเป็นตัวกำหนดวิธีการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ น้ำยาหล่อเย็นที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบันคือน้ำ
  ระบบควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ เซ็นเซอร์และกลไกที่จ่ายพลังงานให้กับเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานบนอะไร? เชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติกัมมันตภาพรังสี ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่ง ธาตุนี้คือยูเรเนียม

การออกแบบสถานีต่างๆ บ่งบอกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงคอมโพสิตที่ซับซ้อน และไม่ได้ใช้องค์ประกอบทางเคมีบริสุทธิ์ และเพื่อที่จะสกัดเชื้อเพลิงยูเรเนียมจากยูเรเนียมธรรมชาติซึ่งบรรจุลงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จำเป็นต้องดำเนินการหลายอย่าง

ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ

ยูเรเนียมประกอบด้วยสองไอโซโทป กล่าวคือ ประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีมวลต่างกัน พวกมันถูกตั้งชื่อตามจำนวนโปรตอนและนิวตรอนไอโซโทป -235 และไอโซโทป-238 นักวิจัยแห่งศตวรรษที่ 20 เริ่มสกัดยูเรเนียม 235 จากแร่ เนื่องจาก... มันง่ายกว่าที่จะสลายตัวและเปลี่ยนรูป ปรากฎว่ายูเรเนียมในธรรมชาติมีเพียง 0.7% (เปอร์เซ็นต์ที่เหลือไปที่ไอโซโทปที่ 238)

จะทำอย่างไรในกรณีนี้? พวกเขาตัดสินใจที่จะเสริมสมรรถนะยูเรเนียม การเสริมสมรรถนะยูเรเนียมเป็นกระบวนการที่มีไอโซโทป 235x ที่จำเป็นจำนวนมากยังคงอยู่ในนั้น และไอโซโทป 238x ที่ไม่จำเป็นจำนวนเล็กน้อย งานเสริมสมรรถนะยูเรเนียมคือเปลี่ยน 0.7% ให้เป็นยูเรเนียม-235 เกือบ 100%

ยูเรเนียมสามารถเสริมสมรรถนะได้โดยใช้สองเทคโนโลยี: การแพร่กระจายก๊าซหรือการหมุนเหวี่ยงก๊าซ เพื่อใช้งาน ยูเรเนียมที่สกัดจากแร่จะถูกแปลงเป็นสถานะก๊าซ อุดมด้วยก๊าซ

ผงยูเรเนียม

ก๊าซยูเรเนียมเสริมสมรรถนะจะถูกแปลงเป็นสถานะของแข็ง - ยูเรเนียมไดออกไซด์ ยูเรเนียมแข็ง 235 บริสุทธิ์นี้ปรากฏเป็นผลึกสีขาวขนาดใหญ่ ซึ่งต่อมาถูกบดเป็นผงยูเรเนียม

เม็ดยายูเรเนียม

เม็ดยูเรเนียมเป็นแผ่นโลหะแข็ง ยาวสองสามเซนติเมตร ในการสร้างเม็ดยาจากผงยูเรเนียมให้ผสมกับสาร - พลาสติไซเซอร์ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพการกดเม็ดยา

ลูกยางอัดแข็งจะถูกอบที่อุณหภูมิ 1,200 องศาเซลเซียสเป็นเวลานานกว่าหนึ่งวัน เพื่อให้เม็ดมีความแข็งแรงเป็นพิเศษและทนทานต่ออุณหภูมิสูง วิธีดำเนินการของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยตรงขึ้นอยู่กับว่าเชื้อเพลิงยูเรเนียมถูกบีบอัดและอบได้ดีเพียงใด

แท็บเล็ตจะถูกอบในกล่องโมลิบดีนัมเพราะว่า มีเพียงโลหะนี้เท่านั้นที่ไม่สามารถละลายที่อุณหภูมิ "นรก" ที่มากกว่าหนึ่งพันครึ่งพันองศาได้ หลังจากนี้เชื้อเพลิงยูเรเนียมสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก็ถือว่าพร้อมแล้ว

TVEL และ FA คืออะไร?

แกนเครื่องปฏิกรณ์ดูเหมือนจานหรือท่อขนาดใหญ่ที่มีรูในผนัง (ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์) ซึ่งใหญ่กว่าร่างกายมนุษย์ถึง 5 เท่า หลุมเหล่านี้ประกอบด้วยเชื้อเพลิงยูเรเนียมซึ่งเป็นอะตอมที่ทำปฏิกิริยาตามที่ต้องการ

เป็นไปไม่ได้เลยที่จะโยนเชื้อเพลิงเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ เว้นแต่ว่าคุณต้องการทำให้เกิดการระเบิดทั่วทั้งสถานีและเกิดอุบัติเหตุที่ส่งผลตามมาสำหรับรัฐใกล้เคียงสองรัฐ ดังนั้นเชื้อเพลิงยูเรเนียมจึงถูกวางไว้ในแท่งเชื้อเพลิงแล้วรวบรวมไว้ในชุดประกอบเชื้อเพลิง คำย่อเหล่านี้หมายถึงอะไร?

• TVEL เป็นองค์ประกอบเชื้อเพลิง (อย่าสับสนกับชื่อเดียวกันของบริษัทรัสเซียที่ผลิตพวกมัน) โดยพื้นฐานแล้วมันคือท่อเซอร์โคเนียมบางและยาวที่ทำจากโลหะผสมเซอร์โคเนียมสำหรับใส่เม็ดยูเรเนียม มันอยู่ในแท่งเชื้อเพลิงที่อะตอมของยูเรเนียมเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กันโดยปล่อยความร้อนออกมาในระหว่างการทำปฏิกิริยา

เซอร์โคเนียมได้รับเลือกเป็นวัสดุสำหรับการผลิตแท่งเชื้อเพลิงเนื่องจากคุณสมบัติการหักเหของแสงและป้องกันการกัดกร่อน

ประเภทของแท่งเชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับชนิดและโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ ตามกฎแล้วโครงสร้างและวัตถุประสงค์ของแท่งเชื้อเพลิงจะไม่เปลี่ยนแปลงความยาวและความกว้างของท่ออาจแตกต่างกัน

เครื่องจักรจะบรรจุเม็ดยูเรเนียมมากกว่า 200 เม็ดลงในท่อเซอร์โคเนียมหลอดเดียว โดยรวมแล้ว เม็ดยูเรเนียมประมาณ 10 ล้านเม็ดกำลังทำงานพร้อมกันในเครื่องปฏิกรณ์
FA – การประกอบเชื้อเพลิง คนงาน NPP เรียกชุดประกอบเชื้อเพลิง

โดยพื้นฐานแล้ว เหล่านี้คือแท่งเชื้อเพลิงหลายแท่งที่ยึดติดกัน FA เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำเร็จรูป ซึ่งเป็นสิ่งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดำเนินการอยู่ เป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่บรรจุลงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงประมาณ 150 ถึง 400 ชิ้นถูกวางไว้ในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องเดียว
ขึ้นอยู่กับเครื่องปฏิกรณ์ที่จะใช้ประกอบเชื้อเพลิง พวกมันมีรูปร่างที่แตกต่างกัน บางครั้งมัดก็พับเป็นลูกบาศก์ บางครั้งก็พับเป็นทรงกระบอก บางครั้งก็พับเป็นรูปทรงหกเหลี่ยม

การประกอบเชื้อเพลิงหนึ่งชุดตลอดระยะเวลา 4 ปีของการดำเนินงานผลิตพลังงานในปริมาณเท่ากันเมื่อเผารถยนต์ถ่านหิน 670 คัน ถังก๊าซธรรมชาติ 730 ถัง หรือถังบรรจุน้ำมัน 900 ถัง
ปัจจุบันการประกอบเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ผลิตที่โรงงานในรัสเซีย ฝรั่งเศส สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่น

ในการจัดส่งเชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไปยังประเทศอื่นๆ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงจะถูกปิดผนึกไว้ในท่อโลหะที่ยาวและกว้าง อากาศจะถูกสูบออกจากท่อและส่งโดยเครื่องจักรพิเศษบนเครื่องบินขนส่งสินค้า

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีน้ำหนักมากพอสมควร เพราะ... ยูเรเนียมเป็นหนึ่งในโลหะที่หนักที่สุดในโลก ความถ่วงจำเพาะของมันมากกว่าเหล็กถึง 2.5 เท่า

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์: หลักการทำงาน

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร? หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของอะตอมของสารกัมมันตภาพรังสี - ยูเรเนียม ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีลักษณะดังนี้:
หลังจากการสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แท่งดูดซับจะถูกเอาออกจากแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งจะป้องกันไม่ให้ยูเรเนียมทำปฏิกิริยา

เมื่อถอดแท่งออกแล้ว นิวตรอนยูเรเนียมจะเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กัน

เมื่อนิวตรอนชนกัน การระเบิดขนาดเล็กจะเกิดขึ้นในระดับอะตอม พลังงานจะถูกปล่อยออกมาและเกิดนิวตรอนใหม่ ปฏิกิริยาลูกโซ่จะเริ่มเกิดขึ้น กระบวนการนี้ทำให้เกิดความร้อน

ความร้อนถูกถ่ายโอนไปยังสารหล่อเย็น สารหล่อเย็นจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำหรือก๊าซซึ่งหมุนกังหันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของสารหล่อเย็น

กังหันขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เขาคือผู้สร้างกระแสไฟฟ้าจริงๆ

หากคุณไม่ติดตามกระบวนการนี้ นิวตรอนยูเรเนียมอาจชนกันจนกว่าพวกมันจะระเบิดเครื่องปฏิกรณ์และทุบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดให้แหลกสลาย กระบวนการนี้ถูกควบคุมโดยเซ็นเซอร์คอมพิวเตอร์ โดยตรวจจับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นหรือการเปลี่ยนแปลงความดันในเครื่องปฏิกรณ์และสามารถหยุดปฏิกิริยาได้โดยอัตโนมัติ

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แตกต่างจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน (โรงไฟฟ้าพลังความร้อน) อย่างไร?

มีความแตกต่างในการทำงานเฉพาะในระยะแรกเท่านั้น ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ สารหล่อเย็นจะได้รับความร้อนจากฟิชชันของอะตอมของเชื้อเพลิงยูเรเนียม ส่วนในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน สารหล่อเย็นจะได้รับความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงอินทรีย์ (ถ่านหิน ก๊าซ หรือน้ำมัน) หลังจากที่อะตอมยูเรเนียมหรือก๊าซและถ่านหินได้ปล่อยความร้อนออกมา รูปแบบการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนจะเหมือนกัน

ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

วิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างแน่นอน ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์อยู่สองประเภทหลัก ซึ่งจำแนกตามสเปกตรัมของเซลล์ประสาท:
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนช้าหรือที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน

สำหรับการใช้งานจะใช้ยูเรเนียม 235 ซึ่งต้องผ่านขั้นตอนการเสริมสมรรถนะการสร้างเม็ดยูเรเนียม ฯลฯ ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ใช้นิวตรอนช้า
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้คืออนาคต เพราะ... พวกเขาทำงานกับยูเรเนียม-238 ซึ่งมีปริมาณเล็กน้อยในธรรมชาติและไม่จำเป็นต้องเสริมธาตุนี้ ข้อเสียเพียงอย่างเดียวของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวคือต้นทุนการออกแบบ การก่อสร้าง และการเริ่มต้นที่สูงมาก ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วดำเนินการเฉพาะในรัสเซียเท่านั้น

สารหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วคือปรอท แก๊ส โซเดียม หรือตะกั่ว

เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนช้าซึ่งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งในโลกใช้อยู่ในปัจจุบัน ก็มีหลายประเภทเช่นกัน

องค์กร IAEA (สำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ) ได้สร้างการจำแนกประเภทของตนเองซึ่งส่วนใหญ่มักใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ทั่วโลก เนื่องจากหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้สารหล่อเย็นและตัวหน่วง IAEA จึงจำแนกประเภทตามความแตกต่างเหล่านี้

จากมุมมองทางเคมี ดิวทีเรียมออกไซด์เป็นตัวหน่วงและสารหล่อเย็นในอุดมคติ เนื่องจาก อะตอมของมันมีปฏิสัมพันธ์กับนิวตรอนของยูเรเนียมอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับสสารอื่น พูดง่ายๆ ก็คือ Heavy Water ทำหน้าที่โดยสูญเสียน้อยที่สุดและให้ผลลัพธ์สูงสุด อย่างไรก็ตาม การผลิตต้องเสียค่าใช้จ่าย ในขณะที่ "แสง" ธรรมดาและน้ำที่คุ้นเคยนั้นใช้ง่ายกว่ามาก

ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์...

สิ่งที่น่าสนใจคือเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หนึ่งเครื่องใช้เวลาสร้างอย่างน้อย 3 ปี!
ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ คุณต้องมีอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยกระแสไฟฟ้า 210 กิโลแอมแปร์ ซึ่งสูงกว่ากระแสไฟฟ้าที่สามารถฆ่าคนได้เป็นล้านเท่า

หนึ่งเปลือก (องค์ประกอบโครงสร้าง) ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีน้ำหนัก 150 ตัน มีองค์ประกอบดังกล่าว 6 รายการในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องเดียว

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน

เราได้ค้นพบแล้วว่าโดยทั่วไปแล้วโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานอย่างไร เพื่อให้เข้าใจทุกอย่าง มาดูกันว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำแรงดันที่ได้รับความนิยมมากที่สุดทำงานอย่างไร
ปัจจุบันทั่วโลกมีการใช้เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันรุ่น 3+ ถือว่าเชื่อถือได้และปลอดภัยที่สุด

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันทุกเครื่องในโลกตลอดระยะเวลาการดำเนินงานหลายปี ได้สั่งสมการดำเนินงานโดยปราศจากปัญหามามากกว่า 1,000 ปีแล้ว และไม่เคยมีการเบี่ยงเบนร้ายแรง

โครงสร้างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันหมายความว่าน้ำกลั่นที่ให้ความร้อนถึง 320 องศาหมุนเวียนระหว่างแท่งเชื้อเพลิง เพื่อป้องกันไม่ให้กลายเป็นไอ จึงถูกเก็บไว้ภายใต้ความกดดัน 160 บรรยากาศ แผนภาพโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เรียกมันว่าน้ำในวงจรปฐมภูมิ

น้ำร้อนจะเข้าสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำและปล่อยความร้อนให้กับน้ำในวงจรทุติยภูมิ หลังจากนั้นน้ำจะ "กลับ" ไปยังเครื่องปฏิกรณ์อีกครั้ง ภายนอกดูเหมือนว่าท่อน้ำของวงจรแรกจะสัมผัสกับท่ออื่น - น้ำของวงจรที่สองจะถ่ายเทความร้อนซึ่งกันและกัน แต่น้ำไม่ได้สัมผัสกัน ท่อสัมผัสกัน

ดังนั้นจึงไม่รวมความเป็นไปได้ที่รังสีจะเข้าสู่น้ำในวงจรทุติยภูมิซึ่งจะมีส่วนร่วมในกระบวนการผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไป

ความปลอดภัยในการดำเนินงานของ กปปส

เมื่อได้เรียนรู้หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แล้ว เราต้องเข้าใจว่าความปลอดภัยทำงานอย่างไร การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับกฎความปลอดภัยมากขึ้น
ต้นทุนความปลอดภัยของ NPP คิดเป็นประมาณ 40% ของต้นทุนรวมของโรงงาน

การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประกอบด้วยอุปสรรคทางกายภาพ 4 ประการที่ป้องกันการปล่อยสารกัมมันตภาพรังสี อุปสรรคเหล่านี้ควรทำอย่างไร? ในช่วงเวลาที่เหมาะสม สามารถหยุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการดึงความร้อนออกจากแกนกลางและตัวเครื่องปฏิกรณ์อย่างต่อเนื่อง และป้องกันการปล่อยนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีเกินกว่าที่กักเก็บ (โซนสุญญากาศ)

• สิ่งกีดขวางแรกคือความแข็งแกร่งของเม็ดยูเรเนียมสิ่งสำคัญคือต้องไม่ถูกทำลายด้วยอุณหภูมิสูงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ วิธีการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวิธีการ "อบ" เม็ดยูเรเนียมในระหว่างขั้นตอนการผลิตเริ่มแรก หากเม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมไม่ได้รับการอบอย่างถูกต้อง ปฏิกิริยาของอะตอมยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์จะไม่สามารถคาดเดาได้
• สิ่งกีดขวางที่สองคือความแน่นของแท่งเชื้อเพลิงท่อเซอร์โคเนียมจะต้องปิดผนึกอย่างแน่นหนา หากซีลแตก อย่างดีที่สุดเครื่องปฏิกรณ์จะเสียหายและงานจะหยุดลง อย่างแย่ที่สุดทุกอย่างจะลอยขึ้นไปในอากาศ
• สิ่งกีดขวางที่สามคือถังปฏิกรณ์ที่ทำจากเหล็กซึ่งมีความทนทานก, (หอคอยขนาดใหญ่เดียวกันนั้น - เขตสุญญากาศ) ซึ่ง "กักเก็บ" กระบวนการกัมมันตภาพรังสีทั้งหมด หากตัวเรือนได้รับความเสียหาย รังสีจะเล็ดลอดออกสู่ชั้นบรรยากาศ
• สิ่งกีดขวางที่สี่คือแท่งป้องกันฉุกเฉินแท่งที่มีตัวหน่วงจะถูกแขวนไว้เหนือแกนกลางด้วยแม่เหล็ก ซึ่งสามารถดูดซับนิวตรอนทั้งหมดได้ภายใน 2 วินาทีและหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่

แม้ว่าจะมีการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีการป้องกันหลายระดับ แต่ก็ไม่สามารถทำให้แกนเครื่องปฏิกรณ์เย็นลงในเวลาที่เหมาะสมได้ และอุณหภูมิเชื้อเพลิงก็สูงขึ้นถึง 2,600 องศา ความหวังสุดท้ายของระบบความปลอดภัยก็เข้ามามีบทบาท - สิ่งที่เรียกว่ากับดักละลาย

ความจริงก็คือที่อุณหภูมินี้ ก้นถังปฏิกรณ์จะละลาย และส่วนที่เหลือของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และโครงสร้างที่หลอมละลายจะไหลลงสู่ "แก้ว" พิเศษที่แขวนอยู่เหนือแกนเครื่องปฏิกรณ์

กับดักละลายนั้นแช่เย็นและกันไฟได้ มันเต็มไปด้วยสิ่งที่เรียกว่า "วัสดุบูชายัญ" ซึ่งค่อยๆ หยุดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน

ดังนั้นการออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงมีการป้องกันหลายระดับ ซึ่งเกือบจะขจัดโอกาสที่จะเกิดอุบัติเหตุได้เกือบทั้งหมด