Коллиер Дж., Хьюитт Дж. Введение в ядерную энергетику - файл n1.doc

приобрести
Коллиер Дж., Хьюитт Дж. Введение в ядерную энергетику
скачать (5672.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc5673kb.23.08.2012 17:25скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   33


Дж. Коллиер Дж.Хьюитт

Введение в ядерную энергетику

МОСКВА

ЭНЕРГАТОМИЗДАТ

1989

ББК 31.4

К 60

УДК 621.039

INTRODUCTION TO NUCLEAR POWER John G. Collier, Geoffrey F. Hewitt Hemisphere Publishing Corporation

Рецензенты: В. И. Силин, В. С. Смирнов

Коллиер Дж., Хьюитт Дж.

К 60 Введение в ядерную энергетику: Пер. с англ . –

М.: Энергоатомиздат, 1989. - 253 с: ил.

ISBN 5-283-02479-2

В краткой и доступной форме изложены основы ядерной энергетики. Описаны технические системы безопасности ядерных реакторов. Приведено обстоятельное описание аварийных ситуаций на ряде АЭС и экспериментальных реакторов. Большое внимание уделено вопросам отвода тепла при авариях, связанных с потерей теплоносителя.

Для инженерно-технических работников в области ядерной энергетики. Может быть полезна студентам технических вузов, а также широкому кругу читателей, интересующихся современным состоянием ядерной энергетики.

Предисловие редактора перевода

Книга специалистов по ядерной энергетике Коллиера и Хьюитта открывает возможность для широкого круга читателей, включая работников в области массовой информации, получить в простой и доступной форме объективное представление о характерных особенностях и проблемах ядерной энергетики.

Среди новейших технологий производства энергии, призванных обеспечить все возрастающие энергетические потребности, ядерная энергетика является наиболее завершенной. Промышленные ядерные электростанции (исторически их принято называть атомными электростанциями) начали свою историю с 1954 г., когда была построена АЭС в Обнинске, и сейчас обеспечивают более 15% мирового производства электроэнергии.

К основным факторам, способствующим развитию ядерной энергетики, следует отнести ее значительные топливные ресурсы (с учетом возможности воспроизводства ядерного топлива в реакторах), экономическую целесообразность (особенно для регионов с бедными энергетическими ресурсами) и, наконец, неизмеримо меньшее воздействие на окружающую среду при проектных режимах работы АЭС по сравнению с электростанциями на органическом топливе, вредные выбросы которых в условиях достигнутых масштабов строительства этих станций оказывают катастрофическое воздействие на среду обитания человека. Все это дает основание специалистам считать, что ядерная энергетика может и должна обеспечить растущие энергетические потребности при минимальных экологических последствиях.

Однако аварии на АЭС Three Mile Island (1979 г.) и на Чернобыльской АЭС (1986 г.) способствовали распространению негативного отношения к ядерной энергетике и обусловили ее дальнейшую судьбу предельным снижением степени риска и последствий аварий, связанных с выбросом радиоактивности. После этих аварий проведены технические и организационные мероприятия, среди которых важнейшую роль играет повышение компетентности и дисциплины обслуживающего персонала, существенно усилена надежность и безопасность действующих АЭС, во всем мире ведутся разработки новых концепций предельно безопасных АЭС следующего поколения.

В то же время этого еще недостаточно, чтобы восстановить доверие общественности к ядерной энергетике, особенно в условиях, когда многие средства массовой информации даже отклонения от номинального режима работы теплотехнического оборудования станций преподносят как крупные аварии с непредсказуемыми последствиями. В этих условиях специалистам необходимо содействовать более глубокому пониманию среди широких кругов общественности сущности процессов, свойственных ядерной технологии получения энергии, и принципов обеспечения безопасности АЭС. Именно этой цели служит предлагаемая читателю книга «Введение в ядерную энергетику». Ее отличительной особенностью является беспристрастный объективный анализ возможных аварийных ситуаций и аварий, произошедших на ядерно-энергетических установках, а также, что очень важно с точки зрения общественности, обсуждение последствий всевозможных гипотетических (придуманных) аварий. Большое число иллюстраций и численных примеров, безусловно, способствует более образному и глубокому пониманию затронутых в книге вопросов.

Эти особенности книги, наряду с приведенной в ней обширной библиографией, делают ее полезной для специалистов, занимающихся проектированием и эксплуатацией ядерно-энергетических установок, а также для студентов и аспирантов, специализирующихся в области ядерной энергетики.

В книге, в основном, рассматриваются зарубежные АЭС. С ядерной технологией, используемой в нашей стране, и с перспективами ее развития можно познакомиться в юбилейном сборнике1, вышедшем в Энергоатомиздате в 1987 г. Читателям, желающим более подробно рассмотреть нейтронно-физические процессы в ядерных реакторах, можно порекомендовать книгу Рудика2.

При редактировании перевода книги были исправлены некоторые неточности и даны ссылки на литературу, в которой подробно описаны авария на Чернобыльской АЭС и принятые меры по ликвидации последствий аварии и повышению безопасности действующих АЭС.

В переводе книги принимали участие: В.А. Апсэ (Предисловие, гл. 1 - 3), Б.Л. Ксенофонтов (гл. 4, 5) и С. С. Подобед (гл. 6 - 9).

В В.Хромов

Предисловие
Решение написать эту книгу было принято несколько лет назад и вызвано беспокойством, которое мы испытывали в отношении понимания широкой общественностью проблем ядерной энергетики и кооперирующихся с ней отраслей промышленности. Нет сомнения, что в умах многих людей сохраняются опасения относительно получения электроэнергии на атомных электростанциях. До тех пор, пока эти страхи не будут рассеяны углубленным пониманием существа использованных в ядерной энергетике технологий, строительство атомных электростанций, дающих жизненно важный вклад в удовлетворение мировых энергетических потребностей, может быть приостановлено.

При подготовке этой книги мы старались представить ядерную энергетику в максимально простой и доступной форме. В таком плане мы детально обсудили сценарии реальных аварийных ситуаций и проблемы захоронения радиоактивных отходов. Нашей целью было дать действительное и свободное от эмоций представление об ядерной энергетике как об относительно зрелой технологии. Книга была уже в производстве, когда появились сообщения об аварии на Чернобыльской АЭС. Мы включили в книгу некоторый материал, относящийся к реактору Чернобыльской АЭС, и, насколько смогли, информацию о самой аварии. Интерес, проявленный во всем мире к этой аварии, еще раз конкретно продемонстрировал необходимость получения общественностью более полной и простой информации о ядерной энергетике.

Одной из главных трудностей написания вводной книги является определение уровня и типа аудитории, которой она адресована. Нашей целью было подготовить текст, по возможности свободный от научного жаргона и в то же время представляющий описания и факты на уровне, достаточном для общего понимания и использования. В этом случае книга будет представлять интерес для тех, кого интересуют более глубокие сведения о ядерной энергии, а также для студентов, изучающих вводные курсы в энергетику вообще и в ядерную энергетику в частности. Именно имея в виду студенческую аудиторию, мы приводим примеры и задачи в конце каждой главы. Они подготовлены для углубленного понимания описанных концепций и как помощь в освоении материала подобных курсов; для технологов, работающих в промышленности и желающих получить общие знания о ядерной энергетике. Возможно, является типичным примером современной жизни тот факт, что многие технологи, даже работающие непосредственно в атомной промышленности, не имеют общего представления об основах ядерной энергетики. Мы надеемся, что эта книга поможет заполнить указанный пробел.

Оба автора данной книги получили образование инженеров-химиков, а специализировались на теплофизических аспектах ядерной энергетики. Именно с этой точки зрения и написана книга. У нас нет причин извиняться за это: производство и перенос тепловой энергии играют доминирующую роль в ядерной энергетике. Тепловыделение важно знать не только во время функционирования ядерного реактора, но также и при рассмотрении процессов, происходящих при удалении ядерного топлива из реактора. Тепловыделение от продуктов деления сохраняет заметную интенсивность в течение десятилетий после удаления топлива из реактора. Поэтому тщательное рассмотрение вопросов охлаждения ядерного топлива должно осуществляться на всех этапах его использования.

Мы с благодарностью отмечаем значительную помощь, которую получили от коллег при подготовке окончательной рукописи. В частности, мы благодарим Соню Кроу и Мэри Филлипс Борн, которые прочли книгу с точки зрения неспециалиста. Они и несколько других читателей помогли нам обнаружить необоснованный жаргон в первоначальной рукописи и выявить трудно воспринимаемые разделы. Мы также очень признательны нашим товарищам по работе за помощь по подготовке диаграмм, проверке примеров и перепечатке рукописи, хотя мы подчеркиваем, что в книге отражены лишь наши собственные взгляды и мнения. В заключение нам хотелось бы поблагодарить наших жен (Эллен и Ширли) за их поддержку и терпение.

Цель этой книги - познакомить читателя с проблемами ядерной энергетики, опираясь на факты, а не на эмоции. Однако при всем уважении к мнению читателя, мы должны закончить предисловие совершенно недвусмысленным изложением нашей собственной позиции. Несмотря на колебания конъюнктуры, вызванные снижением спроса, трудностями в поставках, подъемами и падениями цен на нефть и т.д., прослеживается тенденция непрерывного увеличения потребностей человечества в энергии. Эта тенденция усиливается по мере того, как развивающиеся страны начинают испытывать потребность в стандарте жизни, достигнутом индустриализированными странами. Природные виды топлива (уголь, газ и нефть) ограниченны по запасам, и, как мы все понимаем, их добыча может оказаться неэкономичной, а использование неприемлемым из-за растущих требований глобальной защиты окружающей среды. Альтернативные энергетические источники (приливные, солнечные, геотермальные и ветровые) играют определенную роль в энергообеспечении и заслуживают продолжающейся поддержки и усовершенствования. Однако даже самые оптимистичные их защитники не предполагают превращения этих источников в основной инструмент удовлетворения энергетических потребностей. Сбережение энергии также жизненно важно, этому вопросу следует уделять максимальное внимание. Однако ни альтернативные источники, ни энергосбережение не в состоянии закрыть брешь между потребностями и возможностями в течение следующего века. Ядерная энергетика является важным развивающимся источником энергии для будущего. Она представляет собой чистый и эффективный энергоресурс, экономичный и компактный, с минимальным экологическим воздействием. Аварии, аналогичные происшедшим на АЭС Three Mile Island (США) и на Чернобыльской АЭС, должны быть рассмотрены в контексте с другими авариями в промышленности, и особенно в энергетической. Однако, как и при развитии любой технологии, к развитию ядерной энергетики следует относиться ответственно, факты о ее состоянии должны быть доступны общественности, а также тем членам правительства, которые принимают решения по политике в области новых технологий. Вот почему мы написали эту книгу.
Джон Г. Коллиер
Джеффри Ф. Хьюитт

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие редактора перевода ……………………………………………………………………………….……..3

Предисловие ……………………………………………………………………………………………………………..5

1.1. Введение 9

1.2. Внутреннее тепловыделение Земли 14

1.3. Энергетические потоки в толще Земли 19

1.4. Деление ядра 22

1.5. Источники тепловой энергии 27

Глава 2 Как работают ядерные реакторы 31

2.1. Введение 31

2.2. Реакция деления 31

2.3. Основные компоненты ядерного реактора 36

2.4. Тепловые реакторы 39

2.5. Быстрые реакторы 53

Глава 3 Теплоперенос в ядерных реакторах 60

3.1. Введение 60

3.2. Основные свойства теплоносителя ядерного реактора 60

3.3. Принципы теплопереноса 64

3.4. Газовые теплоносители 71

3.5. Жидкие теплоносители 74

3.6. Кипящие теплоносители 80

3.7. Виды контуров теплоносителя в ядерном реакторе 82

Глава 4. Ухудшение условий охлаждения реактора 92

4.1. Введение 92

4.2. Пример с электрическим чайником 99

4.3. Реактор с водой под давлением 101

4.4. Кипящий легководный реактор 124

4.5. Реактор CANDU 130

4.6. Газоохлаждаемые реакторы 132

4.7. Быстрые реакторы - размножители с натриевым охлаждением 137

Глава 5 Аварии с потерей теплоносителя: некоторые примеры 149

5.1 Введение 149

5.2 Аварии на реакторах с легководным охлаждением 149

5.3. Реакторы с тяжеловодным замедлителем 169

5.4 Газоохлаждаемые реакторы 174

5.5 Быстрые реакторы с жидкометаллическим охлаждением 179

Глава 6 Прогнозируемые тяжелые аварии 191

6.1. Введение 191

6.2. Прогнозируемые тяжелые аварии в различных реакторах 192

6.3. Слои топливных фрагментов и их охлаждение 198

6.4. Взаимодействие топлива с теплоносителем и паровые взрывы 200

6.5. Китайский синдром: что происходит на самом деле 203

6.6. Повреждение защитной оболочки 205

Глава 7 Охлаждение во время перегрузки, перевозки и переработки топлива 213

7.1. Введение 213

7.2. Перегрузка топлива 215

7.3. Хранение отработанного топлива и его транспортировка 221

7.4. Перерабатывающий завод 227

Глава 8 Охлаждение и захоронение радиоактивных отходов 236

8.1. Введение 236

8.2. Классификация радиоактивных отходов 236

8.3. Продукты деления и их биологическое значение 237

8.4. Возможности для захоронения радиоактивных отходов атомной промышленности 242

8.5. Долговременное хранение и захоронение использованного ядерного топлива 243

8.6. Хранение и захоронение продуктов деления с перерабатывающего завода 247

8.7. Захоронение других материалов 251

Глава 9 Энергия термоядерного синтеза: перспективы на будущее 259

9.1. Введение 259

9.2. Что необходимо для получения термоядерной реакции 260

9.3. Удержание 262

9.4. Текущее техническое состояние 265

9.5. Термоядерные реакторы 269

9.6. Заключение 271

Список литературы 277

Глава 1 Земля и ядерная энергия: состояние энергетических ресурсов
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   33


Дж. Коллиер Дж.Хьюитт
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации