Номер 11, страница 121 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

11. Почему для вращения паровой турбины не используется нагретая в реакторе вода, а используется вода, нагретая в теплообменнике?

Решение:

Использование воды, нагретой в теплообменнике, а не напрямую из реактора, для вращения паровой турбины на атомных электростанциях (в частности, на реакторах типа ВВЭР/PWR) обусловлено фундаментальными соображениями радиационной безопасности. Процесс работы такой АЭС организован по многоконтурной схеме.

1. Первый контур (реакторный). Вода, которая является теплоносителем, циркулирует через активную зону ядерного реактора. Во время этого процесса она поглощает огромное количество тепла, выделяемого при цепной реакции деления ядер. Важнейшим следствием этого является то, что вода становится радиоактивной. Это происходит из-за ее активации под действием мощного потока нейтронов и попадания в нее радиоактивных изотопов из топлива. Чтобы эта вода не закипала при температуре около 320°C, в первом контуре поддерживается очень высокое давление (порядка 160 атмосфер).

2. Теплообменник (парогенератор). Горячая и радиоактивная вода из первого контура направляется в теплообменник, который в данном случае называется парогенератором. Внутри него она протекает по тысячам тонких трубок, передавая свое тепло воде второго контура, которая находится снаружи этих трубок. Важно, что вода первого и второго контуров никогда не смешивается.

3. Второй контур (паротурбинный). Вода второго контура, получив тепло от трубок с радиоактивной водой, закипает (так как давление во втором контуре значительно ниже) и превращается в пар. Этот пар не является радиоактивным, так как он не контактировал с активной зоной реактора.

Именно этот "чистый" пар и направляется на лопатки паровой турбины, заставляя ее вращаться и приводить в действие электрогенератор.

Если бы для вращения турбины использовалась вода напрямую из первого контура, это привело бы к катастрофическим последствиям:

- Радиоактивное загрязнение оборудования. Вся турбина, генератор, конденсатор и все связанные с ними трубопроводы и насосы стали бы высокорадиоактивными.

- Опасность для персонала. Обслуживание и ремонт этого оборудования стали бы практически невозможными или требовали бы сложнейших и дорогостоящих роботизированных систем из-за смертельно опасного уровня радиации в турбинном зале.

- Риск аварии с выбросом. Любая негерметичность, например, утечка пара в турбине, привела бы к прямому выбросу радиоактивных веществ в окружающую среду.

Таким образом, разделение на контуры с использованием теплообменника — это ключевой барьер безопасности, который позволяет надежно локализовать радиоактивность в пределах первого контура, находящегося в прочной герметичной оболочке (контейнменте).

Ответ: Вода, нагреваемая непосредственно в ядерном реакторе (вода первого контура), становится радиоактивной. Чтобы предотвратить распространение радиоактивности на оборудование турбинного зала (турбину, генератор, трубопроводы) и исключить риск радиоактивных выбросов в окружающую среду, используется двухконтурная система. Радиоактивная вода первого контура в изолированном теплообменнике (парогенераторе) нагревает "чистую" воду второго контура, которая превращается в пар и безопасно вращает турбину. Это является основополагающим принципом обеспечения радиационной безопасности АЭС.