NPP: หลักการทำงานและอุปกรณ์ ประวัติความเป็นมาของการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

2024 ผู้เขียน: Henry Conors | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-12 13:45

ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 20 จิตใจที่ดีที่สุดของมนุษย์ทำงานอย่างหนักในสองงานพร้อมกัน: ในการสร้างระเบิดปรมาณูและวิธีการใช้พลังงานของอะตอมเพื่อความสงบสุข นี่คือลักษณะที่ปรากฏของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลก หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร? และโรงไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในโลกอยู่ที่ไหน

ประวัติและคุณสมบัติของพลังงานนิวเคลียร์

"พลังงานเป็นหัวหน้าของทุกสิ่ง" - นี่คือวิธีที่คุณสามารถถอดความสุภาษิตที่รู้จักกันดีโดยพิจารณาจากความเป็นจริงตามวัตถุประสงค์ของศตวรรษที่ 21 ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีรอบใหม่แต่ละรอบ มนุษยชาติต้องการจำนวนที่เพิ่มขึ้น ทุกวันนี้ พลังงานของ "อะตอมที่สงบสุข" ถูกใช้อย่างแข็งขันในด้านเศรษฐกิจและการผลิต ไม่เพียงแต่ในภาคพลังงานเท่านั้น

ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยสิ่งที่เรียกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (ซึ่งทำงานบนหลักการง่ายๆ) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม การสำรวจอวกาศ ยารักษาโรค และเกษตรกรรม

พลังงานนิวเคลียร์เป็นสาขาหนึ่งของอุตสาหกรรมหนักที่ดึงความร้อนและไฟฟ้าออกจากพลังงานจลน์ของอะตอม

มันมาเมื่อไหร่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรก? นักวิทยาศาสตร์โซเวียตได้ศึกษาหลักการทำงานของโรงไฟฟ้าดังกล่าวในช่วงทศวรรษที่ 40 ในทางคู่ขนานพวกเขายังคิดค้นระเบิดปรมาณูลูกแรก ดังนั้นอะตอมจึงทั้ง "สงบ" และเป็นอันตรายถึงตายได้

ในปี 1948 I. V. Kurchatov เสนอแนะให้รัฐบาลโซเวียตเริ่มดำเนินการโดยตรงเกี่ยวกับการสกัดพลังงานปรมาณู สองปีต่อมา ในสหภาพโซเวียต (ในเมือง Obninsk ภูมิภาค Kaluga) การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกก็เริ่มขึ้น

หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดมีความคล้ายคลึงกันและเข้าใจได้ไม่ยากเลย นี้จะมีการหารือเพิ่มเติม

NPP: หลักการทำงาน (ภาพและคำอธิบาย)

งานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งมีพื้นฐานมาจากปฏิกิริยาอันทรงพลังที่เกิดขึ้นระหว่างการแตกตัวของนิวเคลียสของอะตอม อะตอมยูเรเนียม-235 หรือพลูโทเนียมมักเกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้ นิวเคลียสของอะตอมแบ่งนิวตรอนที่เข้าสู่นิวเคลียสจากภายนอก ในกรณีนี้ มีการผลิตนิวตรอนใหม่ รวมทั้งชิ้นส่วนฟิชชันซึ่งมีพลังงานจลน์มหาศาล แค่พลังงานนี้เป็นผลิตภัณฑ์หลักและสำคัญของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใดๆ

นี่คือวิธีที่คุณสามารถอธิบายหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในรูปถัดไปคุณจะเห็นว่าภายในเป็นอย่างไร

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีสามประเภทหลัก:

• เครื่องปฏิกรณ์ช่องสัญญาณกำลังสูง (ตัวย่อ RBMK);
• เครื่องปฏิกรณ์แรงดันน้ำ (VVER);
• เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว (FN).

แยกจากกัน ควรอธิบายหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยรวม จะกล่าวถึงวิธีการทำงานในบทความถัดไป

หลักการทำงานของ NPP (แผนภาพ)

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดำเนินการภายใต้เงื่อนไขบางประการและอยู่ในโหมดที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด นอกเหนือจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (หนึ่งเครื่องขึ้นไป) โครงสร้างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังรวมถึงระบบอื่นๆ สิ่งอำนวยความสะดวกพิเศษ และบุคลากรที่มีคุณสมบัติสูง หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คืออะไร? อธิบายสั้นๆ ได้ดังนี้

องค์ประกอบหลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งกระบวนการหลักทั้งหมดเกิดขึ้น เราเขียนเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ในส่วนที่แล้ว เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (โดยปกติมักเป็นยูเรเนียม) ในรูปของเม็ดสีดำขนาดเล็กถูกป้อนลงในหม้อขนาดใหญ่นี้

พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะถูกแปลงเป็นความร้อนและถ่ายโอนไปยังสารหล่อเย็น (โดยปกติคือน้ำ) ควรสังเกตว่าในระหว่างกระบวนการนี้ สารหล่อเย็นยังได้รับปริมาณรังสีในระดับหนึ่งด้วย

นอกจากนี้ ความร้อนจากสารหล่อเย็นจะถูกถ่ายเทไปยังน้ำธรรมดา (ผ่านอุปกรณ์พิเศษ - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) ซึ่งส่งผลให้เดือด ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะขับกังหัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับหลัง ซึ่งสร้างพลังงานไฟฟ้า

ดังนั้น ตามหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ที่นี่คือโรงไฟฟ้าพลังความร้อนเดียวกัน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือวิธีการผลิตไอน้ำ

ภูมิศาสตร์พลังงานนิวเคลียร์

ห้าประเทศชั้นนำในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์มีดังนี้:

1. สหรัฐอเมริกา
2. ฝรั่งเศส
3. ญี่ปุ่น
4. รัสเซีย.
5. เกาหลีใต้

ในขณะเดียวกัน สหรัฐอเมริกา ซึ่งผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 864 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี ผลิตไฟฟ้าได้มากถึง 20% ของโลก

มีทั้งหมด 31 รัฐในโลกที่เปิดโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จากทุกทวีปในโลก มีเพียงสองแห่งเท่านั้น (แอนตาร์กติกาและออสเตรเลีย) ที่ปลอดจากพลังงานนิวเคลียร์โดยสมบูรณ์

วันนี้มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 388 เครื่องที่ทำงานอยู่ในโลก จริงอยู่ 45 คนไม่ได้ผลิตไฟฟ้ามาเป็นเวลาหนึ่งปีครึ่งแล้ว เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในประเทศญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา ภูมิศาสตร์ทั้งหมดของพวกเขาถูกนำเสนอบนแผนที่ต่อไปนี้ ประเทศที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบปฏิบัติการจะถูกทำเครื่องหมายด้วยสีเขียว และจำนวนทั้งหมดของพวกเขาในรัฐเฉพาะจะถูกระบุด้วย

การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ในประเทศต่างๆ

โดยทั่วไป ณ ปี 2557 การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์โดยรวมลดลง ผู้นำในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใหม่ประกอบด้วย 3 ประเทศ ได้แก่ รัสเซีย อินเดีย และจีน นอกจากนี้ หลายรัฐที่ไม่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กำลังวางแผนที่จะสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอนาคตอันใกล้นี้ ซึ่งรวมถึงคาซัคสถาน มองโกเลีย อินโดนีเซีย ซาอุดีอาระเบีย และหลายประเทศในแอฟริกาเหนือ

ในทางกลับกัน หลายรัฐได้เริ่มดำเนินการลดจำนวนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทีละน้อยอย่างค่อยเป็นค่อยไป ซึ่งรวมถึงเยอรมนี เบลเยียม และสวิตเซอร์แลนด์ และในบางประเทศ (อิตาลี ออสเตรีย เดนมาร์ก อุรุกวัย) ห้ามใช้พลังงานนิวเคลียร์ในระดับกฎหมาย

ปัญหาหลักของพลังงานนิวเคลียร์

มีปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ นี่คือสิ่งที่เรียกว่ามลภาวะทางความร้อนของสิ่งแวดล้อม ผู้เชี่ยวชาญหลายคนกล่าวว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปล่อยความร้อนมากกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีกำลังการผลิตเท่ากัน อันตรายอย่างยิ่งคือมลพิษจากน้ำร้อนซึ่งรบกวนสภาพธรรมชาติของชีวิตของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาและนำไปสู่การตายของปลาหลายชนิด

ปัญหาการเผาไหม้อื่นที่เกี่ยวข้องกับพลังงานนิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของนิวเคลียร์โดยทั่วไป เป็นครั้งแรกที่มนุษยชาติคิดอย่างจริงจังเกี่ยวกับปัญหานี้หลังจากภัยพิบัติเชอร์โนบิลในปี 2529 หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลไม่แตกต่างจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อื่นมากนัก อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้ช่วยเธอให้รอดพ้นจากอุบัติเหตุร้ายแรงและร้ายแรง ซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อยุโรปตะวันออกทั้งหมด

ยิ่งกว่านั้น อันตรายจากพลังงานนิวเคลียร์ไม่ได้จำกัดอยู่ที่อุบัติเหตุที่มนุษย์สร้างขึ้นเท่านั้น ปัญหาใหญ่จึงเกิดขึ้นกับการกำจัดกากนิวเคลียร์

ข้อดีของพลังงานนิวเคลียร์

อย่างไรก็ตาม ผู้สนับสนุนการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ยังระบุถึงข้อดีที่ชัดเจนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สมาคมนิวเคลียร์โลกเพิ่งเผยแพร่รายงานที่มีข้อมูลที่น่าสนใจมาก ตามที่เขาพูด จำนวนผู้เสียชีวิตจากการผลิตไฟฟ้า 1 กิกะวัตต์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นน้อยกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบดั้งเดิมถึง 43 เท่า

ยังมีข้อดีอื่นๆ ที่สำคัญไม่แพ้กัน กล่าวคือ:

• ผลิตไฟฟ้าราคาถูก;
• ความสะอาดของสิ่งแวดล้อมของพลังงานนิวเคลียร์ (ยกเว้นมลพิษทางน้ำร้อน);
• ขาดการอ้างอิงทางภูมิศาสตร์ที่เข้มงวดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถึงแหล่งเชื้อเพลิงขนาดใหญ่

แทนที่จะสรุป

ในปี 1950 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกถูกสร้างขึ้น หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือการแตกตัวของอะตอมโดยใช้นิวตรอน กระบวนการนี้จะปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล

ดูเหมือนว่าพลังงานนิวเคลียร์จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับมนุษยชาติ อย่างไรก็ตาม ประวัติศาสตร์ได้พิสูจน์เป็นอย่างอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โศกนาฏกรรมครั้งใหญ่สองเรื่อง - อุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลของโซเวียตในปี 1986 และอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้าในญี่ปุ่นฟุกุชิมะ-1 ในปี 2011 แสดงให้เห็นถึงอันตรายที่เกิดจากอะตอมที่ "สงบสุข" และหลายประเทศในโลกทุกวันนี้เริ่มคิดถึงการปฏิเสธพลังงานนิวเคลียร์เพียงบางส่วนหรือทั้งหมด