Атом электр станциялары

1. Ядролық шикізат. 2. Графит. 3. Реттеуші стержень. 4. Шағылдырғыш 5. Биологиялық қорган (бетон) 6. Жылу тасушы.
Д. И. Менделеев жасап шығарған элементтердің периодтық жүйесі материяны оқып-білудегі бірінші кезеңді аяқтайды. Оның вегізіне түрлі материя түрлерінен түратын жай бөлшектер мен «гомдар» жайындағы түсінік кіреді.

Атом гректің бөлінбейтін деген сөзінен шыққан деп болжаған. Қазіргі физика атом жөніндегі бұрынғы түсінікке түбірлі өзгерістер енгізді, теориялық және эксперименттік зерттеулер атомның қүрамында ондаған жай бөлшектердің бар екенін дәлелдеді. Оған мыналар жатады: оң зарядты атом ядросын құрайтын біршама ауыр протондар және электр зарядтары мүлде жоқ нейтрондар.

Жеңіл бөлшектерге мыналар жатады: теріс зарядты электрондар, позитрондар, нейтрино және басқалары. Аралық типті бөлшектер де орын алады.
Атомдағы барлық бөлшектер ішкі аралық күш арқылы ұсталынып тұрады. Мұндай күштердің болуына қарамастан, кейбір радиоактивті элементтерде (уран, торий, плутоний) ядроның өздігінен баяу ыдырауы жүреді, ол бөлшек ядросынан шығатын сәулелерге ұласады, оларды шартты түрде а, b және ү- сәулеленулері деп атайды.
Басқа атомдардың ядролары олардың сыртқы бөлшектерін атқылау нәтижесінде ыдырайды, мысалға белгілі жылдамдықтағы нейтрондар немесе протондарды алуға болады.

Ядро ыдыраған кезде, ішкі ядролық күштер босайды, мұның өзі көп мөлшерде жылу шығаруға ұласады. Атомдық салмағы 235, 1 кг уран атомдары ыдырағанда жылу энергиясының электр энергиясына айналуы нәтижесінде 25 млн. кВт сағ электр энергиясын алуға болатындығы бөлінеді.
Сөйтіп, атом ішіндегі энергия, энергияның сарқылмас қоры болып саналады. Дүниежүзіндегі алғашқы қуаты 5000 кВт атом электр станциясы бұрынғы Кеңес Одағында 1954 жылы іске қосылды.

Уран қазаны немесе реактор атом электр станциясының негізгі агрегаты болып саналады.

Қазіргі кезде реакторлардың көптеген құралымдары зерттеліп жасалынды. Алғашқы атом электр станциясында графитті су реакторы қондырылды.

Отын ретінде 1 радиоактивті заттардың стерженьдері, мысалы, уран U255 қолданылады. Радиоактивті ыдырау кезінде орасан зор жылдамдықпен нейтрондар бөлініп шығады да, олар уранның көршілес атомдарын атқылап, жаңа нейтрондардың бөлініп шығуына ықпал жасайды. Міне осының нөтижесінде басқарылатын тізбекті реакция пайда болады. Алғашқы жағдайда электрондардың қозғалу жолына баяулатқыштар қойылады.

Ауыр судың құрамына сутектің екі атомының орнына сутектің екі изотопы кіреді. Элементтерде ядроларының құрамындағы протондар саны бірдей болып, ал нейтрондар саны әр түрлі болса, бұл элементтер изотоптар деп аталады. Мысалы, сутек ядросы (Н) бір протоннан тұрады.

Сутектің бірінші изотопының ядросы (протий) бір протоннан және электроннан тұрса, сутектің екінші изотопының ядросы (дейтерий) бір протоннан және бір нейтроннан тұрады, дейтерий ауыр судың химиялық формуласына кіреді. Үшінші изотоп - тритий, ол бір протон және нейтроннан тұрады.

Бұл ретте баяулатқыш ретінде 2 графит, көдімгі су, ауыр су және басқа заттар қолданылады.

Қазіргі кезде ауыр су баяулатқыш ретінде сирек қолданылады, өйткені оны алуға көп шығын жұмсалады. Ауыр судың 1 тоннасын электролиз немесе химиялық әдіспен алу ұшін 30-40 т. су жұмсалады.

Баяулатқышта нейтрондар жылдамдығы кемиді, бұл ретте, энергетикалық атом қондырғыларында қолданылатын жылудың орасан зор мөлшері бөлініп шығатынын айта кеткен орынды. Жылу тасушы ретінде су немесе сұйық металл алынады. Электрондардың бөліну процесін реттеу ұшін бордан, кадмийден және нейтрондарды қарқынды түрде сіңіретін басқа да материалдардан жасалынатын реттеуші стержень 3 қолданылады.

Бұл стержень арқылы ядролық процесті бәсеңдетіп немесе күшейтуге болады. Нейтрондар қазаннан шығып кетпес үшін қазанның ішкі жақтары шағылдырғышпен 4 қапталады.

Шағылдырғыштар баяулатқыш қасиеттері бар материалдардан мысалы, графитген, берилий тотығынан және т.б. жасалады.

Жұмыскерлерді адам өміріне қауіпті сәуледен сақтау үшін реактор барлық жағынан қорғасын табағы түріндегі биологиялық қорғаныспен, қалың бетон плиталарымен 5, сонымен қатар су жейдесімен қапталады. Жылу тасушы 6 ретінде су алынады.

Атом энергетикалық қондырғысының негізгі сұлбасы суретте берілген.

1 санымен реактор белгіленген, онда отын ретінде уранның изотоптары, сонымен қатар, плутоний қолданылады. Бастапқы элементтермен салыстырғанда изотоптардың радиоактивтігі анағүрлым жоғары.

Реакторда жылытылған су сорғы 3 арқылы жылу алмастырғышқа 2 құйылады. Бүл биологиялық тұрғыдан қауіпті радиоактивті су, ол қондырғының бірінші контурына жатады. Қазіргі қондырғылардың бірінші контурындағы су 250°С-та, 100 ат. қысымында болады. Бұл ретте судың қайнап кетпеуін қадағалау қажет. Жылу алмастырғыштағы бастапқы су екінші контурлы радиоактивтігі жоқ суды жылытып, буға айналдырады, ол 30-35 ат қысымды электр генераторын 5 айналдыратын турбинаға 4 келіп түседі. 
Пайдаланылған бу конденсаторға 6 қарай жылжиды. Конденсат сорғы 7 арқылы қайтадан жылу алмастырғышқа жіберіледі. Бірінші радиоактивті контурдың барлық агрегаттары адамдардан оқшауландырылып, дистанциялық және автоматты түрде басқарылады.

Қазіргі ірі электр станцияларында графитті су реакторларының орнына біршама қуаттылығы аз су реакторлары қолданылады, мұнда кәдімгі су шапшаң нейтрондардың баяулатқышы болып саналады.

rifht|450px|thumb|Атом элетр станциясының ұстанымдық сұлбасы

I. Реактор. 2. Жылу алмастырғыш. 3. Негізгі айналма насос. 4. Турбина. 5. Электр генераторы. 6. Салқындатқыш (конденсатор). 7. Қоректендіру сорғысы.
Суретте қуаты 210 МВт атом электр станциясының негізгі технологиялық схемасы бейнеленген. Бірінші кезекті қондырғы қуаты 210 МВт блоктан тұрады, оған бір реактор, әрқайсысы 70 МВт алты генератор кіреді. Сөйтіп, әр екі бу генераторы бір турбинаны жабдықгайды. Турбиналар - бір білікті, екі цилиндрлі; төменгі қысымның бір бөлігі - екі конденсаторлы, екі тасқынды болып келеді.

Бірінші контурға реактор 1 және бассейн 2 жатады, бассейнде жарты жыл бойында ядролық жанғыш заттардың пайдаланылған стерженьдері сақталады. Осы мақсатта бұл стерженьдер арнайы кассеталарға 3 бекітіліп, мұнан соң оларды өңдеу үшін арнайы зауыттарға жібереді. Бірінші контурға мыналар жатады: бу генераторлары 4, негізгі айналма насостар 5, жылытқыш насостар 6, арнаулы химиялық су әдісімен тазалау және көрсетілген құрылғыларды байланыстырып тұратын құбырлар.
Реактордың биологиялық қорғаны оларды қоршаған бетон плиталардан, болат табақтар мен су жейдесінен тұрады.

Бірінші контурдағы су тұйықталған циклде реактор мен бу генераторы (қазан) арасында айналады, қазаннан шығатын бу турбинаға 7 келіп түседі.
Пайдаланылған бу айналма насос 11 арқылы айналмалы сумен салқындатылған екі конденсаторға келіп түседі. Екінші контурға насоспен 12 берілетін конденсат кіреді, ол төменгі қысымдағы 13 қайта қыздырғыш (жылтқыш) арқылы деаэраторға 14 беріледі. Мұнан соң екінші контурлы су пайдалану насосы 15 арқылы жоғары қысымды жылытқыштардан 16 өтіп, бу генераторына келіп іүседі.

Сүлбада турбинаның екі бөлігінен шығатын будың сұрыпталу қатары көрсетілген, ол төменгі және жоғары қысымды жылытқыштар мен жылыту жүйесі бойлеріндегі пайдаланатын суды жылытуға арналған.

rifht|450px|thumb|Қуаты 210МВт блокты атом электр станциясында энергияны өндірудің технологиялық сұлбасы

1. Реактор. 2. Пайдаланылган стерженьдерді сақтайтын бассейн. 3. Арнайы кассеталар. 4. Бу генераторы. 5. Негізгі айналма сорғысы. 6. Бірінші контурды қоректендіру сорғысы 7. Турбинаның жогары қысымды бөлігі. 9. Электр генераторы. 10. Салқындатқыш. 11. Салқындатқыш судың айналма сорғысы. 12. Турбинаның салқындатқыш сорғысы. 13. Төменгі қысымды су жылытқышы. 14. Деаэратор. 15. Қоректендіру сорғысы. 16. Жоғары қысымды су жылытқышы. 17. Жылу жүйесіндегі сорғы. 18. Бойлер. 19. Химиялық тәсілмен суды тазалау құрылғысы. 20. Конденсат суы. 21. Салқындатқыш айналма су. 22. Жылу желісі (торабы).

Жылытқыштар мен бойлер конденсаты әуелі анағұрлым төмен температуралы жылытқьпптарға, сонан соң суретте үзік сызықпен көрсетілгендей деаэраторға келіп түседі.
Тармақты сорғылар 17 жылумен қамтамасыз ету жүйесіндегі ыстық судың айналымын жүзеге асырады.

Бірінші контурдың зиянды радиоактивтігін арттыратын коррозия өнімдерінен реакторды тазалау мақсатында су жылу таратушы химиялық - су әдісімен үздіксіз тазалау 19 процесіне ұштастырылып, жабдықтаушы сорғы 6 арқылы реакторға түседі.

Атом электр станциясында электр энергиясын өндіру жылу электр станцияларының сұлбаларымен бірдей дерлік.

Экономикалық көрсеткіштері жағынан атом электр станциялары жылу электр станцияларына қарағанда біршама төмен; алайда оларды жергілікті отын ресурстарымен жабдықтай алмайтын жерлерде салғанда, атом электр станциясындағы 1 кВт сағ энергия құны ЖЭС-тің құнынан артық емес.

Атом электр станцияларының өзіндік мұқтаждары жұмыс барысында асқан сенімділікті талап етеді. Міне, сондықтан көпшілік мақұлдаған жылу электр станцияларының өзіндік мұқтаж қондырғылары резервтеуден басқа, атом электр станцияларында резервті (сенімділік) дизель - генератор қондырғылары, ол кәдімгі өзіндік мұқтажды қамсыздандыру жүйесін шапшаң түрде қосуға қол жетпеген жағдайда іске қосылады. Сонымен қатар, атом электр станцияларында аккумулятор батареясын орнату ісі қарастырылды, ал ірі атом электр станцияларында тұрақты ток қозғалтқыштары бар өзіндік мұқтаждың жауапты тұтынушыларын жабдықтайтын екі батареяны қою ісі жүзеге асырылады.

Атом электр станцияларының бірінші контурының өзіндік мұқтаждар қондырғыларының ерекшеліктері - атом электр станциясы технологиялық процесінің қарастырылған сұлбаларынан көрінеді.

Ал, екінші контур бөлігінде өзіндік мұқтаждар кәдімгі отынды қолданып, жұмыс істейтін жылу электр станцияларының механизмдерімен бірдей.
Атом элекгр станцияларының ерекшеліктері:

1.Географиялық кез-келген жерде, соның ішінде таулы жерде салынады.

2.Сыртқы қатардағы факторлардан тәуелсіз. Өзіндік режімі автономиялы.

3.Отынның шығыны аз мөлшерде.

4.Тұтынушылардың ерікті графигімен жұмыс істеуі мүмкін.

5.Режімнің өзгеруіне сезімтал, әсіресе АЭС-ның реакторы жылдам нейтронмен жұмыс істейтін болса.

6.Атмосфераны бәсеңдеу ластайды, радиоактивтік газдары мен аэрозолы шамалы, санитарлық мөлшерден (нормадан) асып түспейді. Осы тұрғыдан қарағанда АЭС-ы, ЖЭС-нан көбірек болып шығуы мүмкін.ЭЛЕКТРЭНЕРГЕТИКА, Т. Хожин. ҚР-ның Жоғары оқу орындарының қауымдастығы. ISBN 978-601-217-158-7. Алматы, 2011/Х14

 Дереккөздер 

Санат:Ғылым
Санат:Атом электр стансалары