Что такое атомная энергетика и что она значит для России. Объясняем простыми словами

Статью проверили:

Проще говоря, при расщеплении атомов урана выделяется большое количество энергии в виде тепла. Затем тепло нагревает воду и превращает её в пар, который вращает турбины. Турбины, в свою очередь, вращают генераторы, которые и производят электроэнергию. Получается этакий «эффект домино», ну или цепная реакция.

Наличие собственных атомных электростанций, они же АЭС, — весомый показатель технической и научной мощности страны. Однако при этом атомная энергетика — непростая сфера, которая несёт немало рисков.

Как работает атомная электростанция

На удивление принцип работы атомной станции довольно прост.

Сердце станции — реактор. Внешне он напоминает огромный металлический цилиндр или бочку высотой с многоэтажный дом. Внутри происходит управляемая цепная реакция деления ядер атомов.

Самый распространенный тип реакторов в мире — водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР). В его активной зоне находятся стержни с топливом, обычно это оксид урана. Он относится к природным химическим элементам и содержится в земной коре.

Что происходит с ураном внутри ядерной электростанции? В реакторе урановые атомы сталкиваются с маленькими частицами — нейтронами. Когда нейтрон попадает в атом урана, тот как бы «разбивается», разделяясь на две части. Но главное — во время деления выделяются огромное количество тепла и новые нейтроны.

Эти новые нейтроны могут сталкиваться с соседними атомами урана, вызывая ещё больше делений. Это называется цепной реакцией.

При каждом акте деления ядра выделяется огромное количество энергии в виде тепла. Это тепло поглощает теплоноситель, чаще всего это очищенная вода. Вода и нагревается, и превращается в пар.

Затем пар под высоким давлением крутит огромную турбину, а та вращает генератор — так появляется электричество.

Остывает пар в конденсаторе. Он охлаждается за счёт воды извне, поэтому АЭС всегда строят возле природных водоёмов. Если их не хватает, возводят ещё и охладительные башни — градирни. Вы могли видеть их на обычных ТЭЦ — это широкие трубы, над которыми можно увидеть облако пара.

Преимущества атомной энергетики

По сравнению с другими электростанциями атомная самая экономичная. Килограмм обогащённого урана, который используется в качестве ядерного топлива, при полном выгорании выделяет энергию, равную сжиганию примерно 100 т каменного угля или 60 т нефти.

Природные ресурсы не бесконечны — в обозримом будущем многие страны уже могут столкнуться с дефицитом «чёрного золота», да и водоёмы, на которых работают гидроэлектростанции (ГЭС), могут обмелеть или прийти в негодность из-за экологической катастрофы. Не говоря уже о том, что возможности строительства новых ГЭС довольно ограничены.

А между тем уровень потребления энергии в стране и мире растёт с каждым годом и растёт быстрее, чем предполагали учёные и аналитики. Это может ускорить дефицит ископаемых природных ресурсов, а ядерная энергия, повторимся, в данном плане самая выгодная. Сама АЭС по сравнению с другими станциями занимает мало места, а значит, в теории есть больше вариантов для её размещения.

Более того, расщепленный уран U-235 после регенерации может быть использован снова, потому что выгорает в ядерном топливе не полностью. Переход на атомную энергетику также хороший способ борьбы с глобальным потеплением и «парниковым эффектом».

Атомные электростанции России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу 210 млн т углекислого газа. По этому показателю наша страна занимает четвёртое место в мире.

А ещё ядерные электростанции не загрязняют воздух — в конечном итоге в атмосферу попадает только чистый пар без каких-либо радиоактивных примесей.

Помимо этого, атомная энергетика — молодая, престижная и перспективная сфера. «Приручение» мирного атома создаёт новые рабочие места и целые направления, где нужны толковые специалисты, и в целом двигает науку страны вперёд.

Недостатки атомной энергетики

Во-первых и в-главных: ядерный реактор — это не игрушка. Печальный опыт Чернобыля и «Фукусимы» показал, насколько катастрофичными могут быть последствия ошибок в этой сфере. Какие бы профессионалы ни работали на АЭС, человеческий фактор никто не отменял.

Понятно, что авария на ГЭС или тепловых электростанциях тоже ничем хорошим для людей и окружающей среды не обернётся, но в случае с ядерной энергетикой ставки слишком высоки. Это же касается всевозможных терактов и диверсий на атомных электростанциях.

АЭС — действительно самая экономичная станция в плане производства энергии, но вот построить и запустить реактор с нуля очень дорого и долго. Именно поэтому переход на атомную энергетику во всём мире пока вряд ли возможен: бедные страны Азии и Африки попросту не потянут такой «аттракцион».

Если атомная электростанция не выбрасывает в атмосферу углекислый газ, это не значит, что она не может загрязнить нашу планету. Хранение и транспортировка ядерных отходов — достаточно сложный вопрос. Из-за радиоактивности их нельзя просто сжечь или отправить на свалку, а правильная утилизация требует больших затрат и аккуратности.

Сама добыча урана тоже довольно сложная и при несоблюдении техники безопасности может причинить организму рабочих серьёзный вред. Да и в целом труд в шахте — не про здоровье.

Поэтому с точки зрения гуманизма атомная энергетика всё-таки не самая лучшая сфера. Не говоря уже о том, что запасы урана на планете тоже не бесконечны, и полагаться на них до скончания веков не придётся.

Где в мире используют атомную энергию

По объёму производства электроэнергии атомная энергетика сейчас занимает третье место в мире после угольной и гидроэнергетики. Всего на АЭС выпускают порядка 10% мировой электроэнергии.

По количеству ядерных реакторов безусловным лидером являются США: в стране сейчас работают свыше 54 атомных электростанций с 90 энергоблоками.

Но «стахановцы» в этом вопросе — Китай и Франция. И там и там чуть больше 50 реакторов, но уровень производства атомной энергетики гораздо выше, чем в штатах. Во Франции с АЭС в принципе поступает большая часть электричества страны.

Помимо выработки электричества, ядерная энергия также может быть использована для отопления крупных зданий и опреснения морской воды.

В медицине ядерные изотопы применяют при диагностике и лечении заболеваний, в первую очередь онкологических.

О подводных лодках мы уже упоминали, но ядерные реакторы также могут работать на ледоколах и космических кораблях. Первый в мире атомный ледокол — знаменитый «Ленин» — построили ещё в СССР. Сейчас в составе российского флота несколько его «потомков» — «Ямал», «Таймыр», «Вайгач» и другие.

Атомные реакторы также при необходимости используют в науке для изучения свойств известных материалов и разработки новых.

Атомная энергетика в России

Первая в мире АЭС была построена в нашей стране в 1954 году в Обнинске. Сейчас в России действуют 11 атомных электростанций, в том числе единственная в мире плавучая электростанция под названием «Академик Ломоносов». Её ввели в эксплуатацию в 2019 году, она находится на Чукотке и признана самой северной АЭС в мире.

На стадии строительства находятся ещё четыре атомные электростанции — Курская-2, Ленинградская-2, Смоленская-2 и Брест-ОД-300. До 2035 года в стране планируют запустить 16 новых реакторов.

Россия входит в пятёрку мировых лидеров по производству электроэнергии на АЭС, уступая лишь США, Китаю и Франции.

Ещё с советских времён наша страна помогала строить свои АЭС другим государствам. В 1966 году это была атомная станция в городе Райнсберге в ГДР.

Позже планировались другие масштабные проекты — от Кубы до Чехословакии, но из-за перестройки их либо приостановили, либо полностью закрыли.

В истории новой России госкорпорация «Росатом» построила за рубежом уже 33 энергоблока — больше, чем кто-либо в мире. Наша страна не только возводит сами АЭС, но и экспортирует ядерное топливо, занимается добычей урана за рубежом, проводит геологическую разведку его ископаемых и т. д.

• В 2010 году подписано соглашение между правительствами России и Турции о строительстве первой атомной электростанции «Аккую» вблизи города Мерсина.
• С 2017 года Россия возводит атомную электростанцию «Руппур» в Бангладеш, но процесс продвигается небыстро из-за нестабильной политической ситуации в стране.
• К 2030 году в Венгрии должна быть запущена станция «Пакш-2», работы продолжаются, несмотря на санкции.
• К 2029 году при помощи наших специалистов должна быть готова атомная электростанция «Эд-Дабаа» в Египте; в январе прошлого года Владимир Путин и лидер Египта Абдель Фаттах ас-Сиси залили бетон в основании четвёртого энергоблока.

Также представители «Росатома» помогали строить энергоблоки на станциях Индии, Ирана, Китая и Белоруссии. Кроме того, идут переговоры со Шри-Ланкой, Бразилией, Киргизией, Нигерией, Саудовской Аравией, Мьянмой и Узбекистаном.

Будущее атомной энергетики

О дилемме мирного атома спорят десятилетиями — чуть ли не с момента открытия ядерной энергии в 50-е годы. Некоторые люди до сих пор считают, что лучше бы этого вообще не случалось. Но это как нож: им можно порезать хлеб, а можно убить человека. Только масштабы другие.

Если говорить о технологических факторах, то со временем, вероятно, будут увеличивать мощности энергоблоков. Это логичная эволюция, которая происходила и с автомобилями, и с самолётами, и с кораблями.

В крупных странах, в том числе и России, уже спроектированы АЭС небольшой мощности, чтобы обеспечить электроэнергией маленькие и удалённые населённые пункты. Торговля малыми модульными реакторами также может помочь укрепить деловые отношения между разными странами.

Как и во многих других сферах, в атомной энергетике часть процессов будет роботизирована, что должно повысить уровень безопасности на объекте и исключить пресловутый человеческий фактор.

Кроме того, Россия, несмотря на санкции, остаётся одним из ключевых участников проекта ITER по созданию международного экспериментального термоядерного реактора. Всего в проекте состоят 35 стран.

Что это такое? Если вкратце, это аналог Солнца, только на Земле. Энергия небесного светила образуется за счёт термоядерного синтеза гелия из водорода. Остается «маленькая» задача — нагреть водород на Земле до температуры 15 млн градусов.

Алгоритм ещё в 1954 году придумали советские учёные в Курчатовском институте, построив первую в мире тороидальную камеру с магнитными катушками, она же токамак.

Аналогичные устройства позже стали изобретать и в других странах, но ITER обещает быть самым масштабным. Реактор находится во Франции, и по плану его должны достроить к 2035 году.

Однако с учётом того, что сроки окончания работ уже неоднократно переносились, далеко не факт, что это случится. Но если всё удастся, Земля может получить большой и экологичный источник энергии, который станет «потомком» атомной энергетики.

Эта статья — одна из тысяч в «Энциклопедии „Секрета фирмы“». В этом проекте мы простыми словами рассказываем о сложных терминах и явлениях. Посмотрите другие статьи «Энциклопедии», чтобы лучше понимать мир, в котором мы живём.