атом

Постов: 12 Рейтинг: 28372
3832

Как это, работать на атомной станции?

Развернуть
Всем привет!
На связи Семецкий, и сегодня я расскажу о том, каково это, работать на атомной станции. Напомню - работаю я на одной из атомных станций с уран-графитовыми реакторами типа РБМК-1000.
Как это, работать на атомной станции?
Все мы знаем (даже, может быть, из моих предыдущих постов), что при работе реактора, ядерное топливо мало того, что становится высокорадиоактивным само по себе, но также мощные потоки нейтронов активируют ядра атомов других элементов, находящихся в реакторе. Становятся радиоактивными даже не контактирующие с топливом вещества типа стали/циркония конструкционных элементов, активируется бетон, становится радиоактивным даже теплоноситель - вода, охлаждающая топливо.
Для того, чтобы вся эта радиоактивность оставалась внутри реактора и герметичного контура охлаждения и при любых условиях минимально влияла на окружающую среду, существует целый комплекс мероприятий, описанных в основные санитарных правилах обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99-2010).
Собственно, если вкратце:
1) С самого начала, при проектировании атомной станции, мы закладываем в проект максимально возможную радиационную безопасность. То есть, если у нас есть выбор между грязным, но выгодным реактором, и чистым, но очень дорогим - мы будем строить именно чистый и дорогой.
2) При выборе места для постройки новой АЭС, тщательно прорабатываются все детали, и АЭС строится там, где она минимально повлияет на экологию и радиационную обстановку, как при нормальной эксплуатации, так и в случае гипотетической аварии.
3) Мы тщательно следим за источниками излучения на нашей АЭС. Будь то радиоактивная пылинка, или даже отработанное топливо - мы не допустим несанкционированного выноса/выхода радиоактивных материалов за пределы нашей АЭС.
4) Мы специальным образом разграничиваем территорию нашей АЭС (и помещений внутри неё), чтобы исключить возможность случайного переноса радиоактивности и/или радиоактивных веществ персоналом.
5) Технологический процесс налажен так, чтобы минимизировать риск выхода радиоактивности за пределы установленной территории.
6) На наших станциях действует система радиационного контроля. Мы всегда знаем об уровнях радиационного загрязнения внутри и снаружи станции, и при наличии отклонений - вовремя реагируем.

О вещах, описанных выше, я и расскажу с точки зрения работника АЭС.
Первый контроль на радиационную загрязненность себя и вещей я прохожу еще проходя на территорию АЭС. У нас стоят специальные рамки, детектирующие превышение фона, так что если я попробую пройти через КПП с чем-то грязным в кармане или на одежде, то меня просто-напросто не пропустят - задержат и вызовут службу радиационной безопасности. Обычно проблем с этим нет, я чист, и прохожу дальше, на границу между Зоной Свободного Доступа (ЗСД) и Зоной Контролируемого Доступа (ЗКД).
Границей между ЗСД и ЗКД (и наоборот) служит специальный санпропускник. Входя на работу, я полностью переодеваюсь из повседневной одежды в специальный комплект одежды, обычно белого цвета.
Как это, работать на атомной станции?
Вот как-то так я и выгляжу на работе. Каска у меня тоже белая - вроде как это должно означать, что я из отдела, который не занимается ремонтной, оперативной и прочей производственной деятельностью.
Как это, работать на атомной станции?
А вот у каски выше - прозрачный козырёк. И на нашей АЭС белая каска с прозрачным козырьком означает что перед тобой - руководство. Обычно при виде людей в таких касках я либо разбегаюсь во все стороны, либо делаю лихой и придурковатый вид.
Но вернемся к нашим радиоактивным баранам. Одетый в спецодежду, я прохожу в ЗКД и беру из своей ячейки термолюминесцентный дозиметр, который обязан носить всё время пребывания в контролируемой зоне. У нас это дозиметры фирмы Harshaw.
Как это, работать на атомной станции?
Эти дозиметры мы меняем раз в квартал - получаем новый, а со старым работает лаборатория дозиметрического контроля - снимает дозу, которую я получил за квартал, и заносит все данные в специальную систему. Носит такие ТЛД весь персонал АЭС. Я ношу его на груди, а дамам до 45 лет необходимо цеплять его на уровне нижней части живота, ибо нельзя получать более 1 мЗв за год на эту область организма. Также работники некоторых цехов носят специальные нейтронные дозиметры.
Если необходимо выполнять радиационно-опасные работы (в моём случае это работа в центральном зале, или в подаппаратном помещении), то я получаю специальный наряд-допуск на радиационно-опасные работы, где прописывается, с какими средствами защиты, где, как и как долго мне работать. Также на время таких работ мне выдают специальный прямопоказывающий дозиметр, на нашей станции они такие:
Как это, работать на атомной станции?
Этот аппарат (RADOS) умеет показывать текущий фон, показывать сколько ты уже получил, помнит лимиты дозы и мощности дозы, которые задаёт нам сотрудник службы радиационной безопасности, а в случае превышения - громко и нудно пищит. В общем, очень нужная для радиационно-опасных работ штука.
Допустившись работать по наряду-допуску, я проверяю, что на мне надеты все необходимые СИЗы, закреплены так, как надо и там, где надо все дозиметры - и вуаля, я иду работать.
Однако, кроме непосредственно излучения, опасность представляет и радиоактивное загрязнение. Тот же самый центральный зал, хоть и моют постоянно, но всё же под полом, в общем-то работает самый настоящий ядерный реактор гигаваттной мощности, и при работах по его обслуживанию всевозможная радиоактивная пыль, грязь и жидкость может оказаться в зале.
Для того, чтобы не запачкать себя (обычно пачкаются руки, но случается всякое), я обычно использую сочетание резиновых перчаток, пластикатовых нарукавников и фартука. А, и да, ношу респиратор, ибо дышать тоже лучше чистым, или хотя бы очищенным воздухом. Выгляжу как-то так:
Как это, работать на атомной станции?
Из минусов - в таком костюме очень жарко. Когда вентиляция в зале отключена - ОЧЕНЬ ЖАРКО. Из плюсов - запачкаться почти нереально, если, конечно, работать аккуратно и не менее аккуратно снимать всё это с себя после работы.
После выполнения работ - снимаю с себя все пластикатовые приблуды, перчатки, респиратор, и иду опять же к сотруднику службы РБ, сдавать прямопоказывающий дозиметр (RADOS). Полученная за смену доза, опять же, заносится в специализированную систему. При ежеквартальной смене термолюминесцентных дозиметров обычно еще смотрят на хотя бы примерное совпадение доз, полученных при работе по нарядам, и накопленных дозиметром.
Сдав все приборы, после работы я опять иду в санпропускник, на этот раз чтобы снять с себя спецодежду, помыть руки/ноги и провериться на приборах. Приборы разные. Есть для проверки отдельных частей тела/вещей:
Как это, работать на атомной станции?
Это УИМ, работает очень просто - если подносишь к датчику грязный предмет, то стрелка уходит вправо. Ты сразу понимаешь, что просто так с работы не уйдешь, и идешь отмываться.
Также есть более крутые и комплексные приборы:
Как это, работать на атомной станции?
Этот проверяет загрязнение всего тела - рук, ног, головы, груди, спины и т.д. В случае чего, просто не открывает тебе калитку на выход и показывает на табло "ГРЯЗНО". Опять же, идешь отмываться.
Отмываться, кстати, можно по разному. Иногда может промочь простое купание в прохладной воде. Прохладной, кстати, вода должна быть потому, что горячая вода расширяет поры кожи, и радиоактивная частица может туда попасть - потом не отмоешься.
А если купание не помогает - то тут уже можно применять спецсредства. На нашей станции это специальный песок, который, при натирании им кожи, становится чем-то типа скраба.
Также есть чудесное средство под названием Раддез - что-то типа пены, которую наносишь на кожу, а она вытягивает всю грязь наружу. Смываешь её водой и идешь радоваться.
Как это, работать на атомной станции?
После того, как ты отмылся и прошел радиационный контроль, можешь одеваться в повседневную одежду и идти домой, играть в игры и пить пиво к семье и детям.
Собственно, по части того что происходит со мной на работе - вроде как всё. Если вспомню что-то еще, то напишу в комментах или отдельным постом :)

P.S. Картинки опять внаглую украл из интернета, потому что фотографировать на нашей станции, в принципе, возможно, но вот для публикации таких фото надо сильно заморочиться, чем я пока не хочу заниматься. Но идея сделать небольшой видеоролик про свой отдел и свою работу не выходит у меня из головы, в будущем - возможно всё :)
905

«Меньше некуда»: ученые из IBM сохранили информацию в атоме

Развернуть
Для сохранения одного бита информации на жестком диске требуется порядка 100 тыс. атомов. 8 марта ученые из IBM Research представили результаты своего исследования, в котором показали, что можно сохранить такое же количество информации всего в одном атоме. Распространение этой технологии позволит записать музыкальный каталог Apple из 26 миллионов песен на запоминающее устройство размером с небольшую монетку. 
«Меньше некуда»: ученые из IBM сохранили информацию в атоме
Знаменитый физик Ричард Фейнман еще в 1983 году говорил, что человечество способно создать вычислительное устройство, в котором числа представляются строкой атомов, находящихся в одном из двух состояний. Такая технология постепенно становится реальностью.

Работает это следующим образом: атом гольмия (большой и с несколькими неспаренными электронами) устанавливается на подложку из оксида магния. В этом случае гольмий приобретает свойства магнитной бистабильности, то есть имеет два стабильных магнитных состояния с различными спинами.

Исследователи используют сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и прикладывают к атому напряжение в 150 мВ при 10 мкА. Такой большой приток электронов заставляет атом гольмия изменить магнитное спиновое состояние. Поскольку каждое из двух состояний имеет различные профили проводимости, игла СТМ способна определить, в котором из них находится атом. Это выполняется путем приложения меньшего напряжения (75 мВ) и измерения сопротивления.

Дабы убедиться, что атом гольмия менял свое магнитное состояние и это не было побочным эффектом работы СТМ, ученые разместили рядом атом железа, реагирующий на магнитные колебания. Это позволило подтвердить, что во время эксперимента удалось на длительное время сохранить магнитное состояние атома.

«Чтобы продемонстрировать возможность чтения и записи информации, мы провели эксперименты с двумя атомами. Нам удалось закодировать четыре возможные битовые комбинации — 00, 01, 10, 11 — и считать каждую из них. Это доказывает, что в будущем человечество сможет создать «магнитную атомную память», — говорится в отчете IBM Research.

Дальше исследователи планируют изучить возможность работы с другими элементами таблицы Менделеева, кластерами атомов и маленькими молекулами. О появлении коммерческого решения, однако, говорить пока не приходится.
874

Атомный ледокол "Ленин"

Развернуть
«Ленин» — атомный ледокол, первое в мире надводное судно с ядерной силовой установкой. Ледокол был построен в СССР, в первую очередь, для обслуживания Северного морского пути. Спущен на воду 5 декабря 1957 года. Выведен из состава флота 1989 год. Статус - законсервирован, превращён в музей. Мурманск.
Атомный ледокол
Атомный ледокол
Атомный ледокол
Атомный ледокол
Атомный ледокол
Атомный ледокол
Атомный ледокол
Атомный ледокол
Атомный ледокол
1145

Кратко о вредности работы на АЭС

Развернуть
Пересекся недавно с монтажниками, которые выполняют самые "грязные" в плане радиации работы на реакторе. Слово за слово, разговорились, и я спросил у них, как со здоровьем, с учетом того что мужики ежегодно выбирают максимальную разрешенную дозу.
Ответ одного из них мне понравился: "Я с 90-го года тут работаю, всё хорошо у меня. Ну, а у кого здоровье послабее было, те умерли давно уже".

9128

Прикосновений не существует

Развернуть
Прикосновений не существует
Прикосновений не существует
Прикосновений не существует
Прикосновений не существует
Прикосновений не существует
Прикосновений не существует
Прикосновений не существует
Прикосновений не существует
1869

Волшебство физики

Развернуть
Когда-то эти атомы возникли в самом центре звезды, они излучали энергию и согревали кусок вселенной...
А потом сложились в гопника, который отжал мой телефон.
899

Ядерное топливо. Что же происходит с ним внутри реактора?

Развернуть
Ядерное топливо. Что же происходит с ним внутри реактора?
Всё-таки, когда ядерное топливо становится радиоактивным? И почему свежее топливо вполне себе можно трогать, обнимать, холить и лелеять?
Всё дело в том, что само ядерное топливо, до тех пор пока не побывает в реакторе, не очень-то и радиоактивно. Да, уран-235 и 238, конечно, распадаются, но период полураспада у них огромен, а значит количество распадов в секунду будет минимальным. Прочие реакции, самопроизвольно происходящие в ядерном топливе (спонтанное деление, распад продуктов деления и т.д.) в расчёт брать не будем. Их происходит очень мало.
Соответственно, вполне можно держать в руках и сам свежий уран (но лучше в перчатках, уран токсичен), так и тепловыделяющие элементы и сборки. И да, я сам лично видел и трогал свежие ТВС для РБМК, ничего, руки пока на месте (и количество их пока не превышает среднее для человека).
Но вот наступает момент, когда нашу свежую, чистенькую и слаборадиоактивную ТВС загружают в реактор. Причем для нагнетания атмосферы, пусть это будет реактор РБМК, работающий на 100% мощности. Загружать, кстати, будет вот эта прелестная машина, называемая РЗМ. Именно она позволяет проводить подобные операции, не останавливая и даже не разгружая реактор.
Ядерное топливо. Что же происходит с ним внутри реактора?
Наша ТВС постепенно погружается внутрь реактора, внутри которого очень, очень большая плотность потока нейтронов. Нейтроны сразу начнут взаимодействовать с топливом, содержащимся в ТВС. 
Нейтронных реакций, кстати, в мире существует огромное количество. При поглощении нейтрона ядро может:
г) поглотить и поделиться (при этом получается 2 ядра - осколка деления, перегруженных нейтронами и плюс к этому целая масса различных частиц;
д) и так далее, возможных исходов десятки и даже сотни.

Основная реакция, делающая топливо радиоактивным, одна - это деление. В работающем реакторе происходит огромное количество делений в секунду, при этом появляется два новых ядра с различной массой и свойствами. Причем заранее определить, что именно получится - невозможно. Единственное что мы знаем - это вероятность появления осколка с той или иной массой. Есть даже красивый график, показывающий эту вероятность. Называется он "двугорбая кривая зависимости выхода продуктов деления от массового числа". Приведу его тут:
Ядерное топливо. Что же происходит с ним внутри реактора?
По оси Х у нас возможная масса получившегося осколка, по оси Y - вероятность его появления, в процентах.
Кроме реакции деления есть еще много других реакций, которые в меньшей мере, но тоже способствуют образованию новых ядер в топливе. Как пример одной из них - реакция образования плутония-239 из урана-238. Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239. А последний, кстати, тоже делится нейтронами.

За все годы работы топлива в реакторе, в нём образуется чуть ли не вся таблица Менделеева. Этот ядерный зоопарк дико фонит, причем испускает практически все виды излучения - альфа, бета, гамма, нейтронное, нейтринное и т.д.
Такое топливо не то чтобы трогать нельзя, на него даже смотреть опасно. Ну, если только оно находится не под слоем воды, или не за специальным просвинцованным стеклом.
После извлечения из реактора, топливо выдерживается в специальном приреакторном хранилище. Дело в том, что радиоактивный распад, ко всем проблемам, еще и сильно греет топливо - это называется "остаточное тепловыделение". А выдержка топлива позволяет довольно сильно уменьшить его радиоактивность за счет распада короткоживущих нуклидов.
Было, кстати, видео, о том как люди ходят по развалинам РБМК ЧАЭС-4, снимая и покореженное топливо, и реакторный графит. Да, спустя почти 30 лет после катастрофы, фон снизился настолько, что ходить там стало возможно. Пользы для здоровья, конечно, никакой, но по крайней мере это теперь это не настолько смертельно, как было.
Оп, а вот и видео, кстати:
Что же, теперь вы чуть больше знаете о том, когда ядерного топлива бояться стоит, а когда с ним можно дружить.
1923

Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.

Развернуть
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
В наше время электроэнергию умеют добывать множеством разных способов. Из воды (гидро, приливные электростанции), из воздуха, из солнечного света, из природных ископаемых (газ, уголь) и даже из ядер делящегося вещества.
ТЭС, работающие на угле, потребляют невероятное количество топлива в сутки - это десятки тысяч тонн угля в сутки для мощных станций. Этот уголь надо ежедневно добыть, погрузить в вагоны, перевезти к станции и выгрузить там. С газом попроще - его добыча и транспортировка к электростанции выглядит проще, да и современные парогазовые турбоустановки работают очень эффективно.
Если же говорить про атомные электростанции, то их серьезное отличие в том, что единица ядерного топлива (твэл) способна выделять огромное количество энергии (тепла) долгое время. Про ядерное топливо мы сегодня и поговорим.

Добывают уран двумя основными способами:
1) Прямая добыча в карьерах или шахтах, если позволяет глубина залегания урана. С этим методом, надеюсь, всё понятно.
2) Подземное выщелачивание. Это когда на том месте, где найден уран, бурятся скважины, в них закачивается слабый раствор серной кислоты, а уже раствор взаимодействует с ураном, соединяясь с ним. Затем получившаяся смесь откачивается наверх, на поверхность, и из неё химическими методами выделяется уран.
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
Представим, будто мы уже добыли на руднике уран и подготовили его для дальнейших преобразований. На фото ниже - так называемый "желтый кек", U3O8. В бочке для дальнейшей перевозки.
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
Всё бы хорошо, и этот уран в теории можно было бы сразу использовать для производства топлива для АЭС, но увы нам. Природа, как всегда, подкинула нам работы. Дело в том что природный уран состоит из смеси трех изотопов. Это U238 (99.2745%), U235 (0.72%) и U234(0.0055%). Нас интересует здесь лишь U235 - так как он отлично делится тепловыми нейтронами в реакторе, именно он позволяет нам пользоваться всеми благами цепной реакции деления. К сожалению, его природной концентрации не хватит для стабильной и долгой работы современного реактора АЭС. Хотя, насколько я знаю, аппарат РБМК спроектирован так, что запуститься на топливе из природного урана сможет, но вот стабильность, долговременность и безопасность работы на таком топливе совершенно не гарантируется.

Уран нам надо обогатить. То есть повысить концентрацию U235 от природной до той, которая используется в реакторе.
Для примера, реактор РБМК работает на уране обогащения 2.8%, ВВЭР-1000 - обогащение от 1.6 до 5.0%. Судовые и корабельные ядерные энергетические установки кушают топливо с обогащением до 20%. А некоторые исследовательские реакторы работают на топливе аж с 90% обогащением (пример - ИРТ-Т в Томске).

В России обогащение урана проводится на газовых центрифугах. Т.е. тот желтый порошок, что был на фото ранее, превращают в газ, гексафторид урана UF6. Затем этот газ поступает на целый каскад центрифуг. На выходе из каждой центрифуги, из-за разности веса ядер U235 и U238, мы получаем гексафторид урана с чуть повышенным содержанием U235. Процесс повторяется многократно и в итоге мы получаем гексафторид урана с нужным нам обогащением. На фото ниже как раз можно увидеть масштаб каскада центрифуг - их очень много и простираются они в далекие дали.
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
Затем газ UF6 превращают обратно в UO2, в виде порошка. Химия, всё-таки, очень полезная наука и позволяет нам творить такие чудеса.
Однако этот порошок в реактор так просто не засыпать. Вернее, засыпать-то можно, но ничего хорошего из этого не выйдет. Его (порошок) надо привести к такому виду, чтобы мы могли надолго, на годы, опустить его в реактор. При этом само горючее не должно контактировать с теплоносителем и выходить за пределы активной зоны. И еще ко всему этому топливо должно выдерживать очень и очень суровые давления и температуры, которые возникнут в нём при работе внутри реактора.

Забыл, кстати, сказать что порошок тоже не абы какой - он должен быть определенных размеров, чтобы при спрессовывании и спекании не образовывалось ненужных пустот и трещин. Сначала из порошка делают таблетки, путем спрессовывания и долгого выпекания (технология действительно непростая, если её нарушить - топливные таблетки не будут годны к использованию). Вариации таблеток покажу на фото ниже.
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
Отверстия и выемки на таблетках нужны для компенсации теплового расширения и радиационных формоизменений. В реакторе со временем таблетки пухнут, выгибаются, изменяют размеры, и если ничего не предусмотреть - могут разрушиться, а это плохо.

Готовые таблетки затем упаковывают в металлические трубки (из стали, циркония и его сплавов и других металлов). Трубки закрывают с обоих концов и герметизируют. Готовая трубка с топливом называется твэл - тепловыделяющий элемент.
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
Для разных реакторов требуются твэлы разной конструкции и обогащения. Твэл РБМК, например, длиной 3.5 метра. Твэлы, кстати, бывают не только стержневые. как на фото. Они бывают пластинчатые, кольцевые, море различных видов и модификаций.

Твэлы затем объединяют в тепловыделяющие сборки - ТВС. ТВС реактора РБМК состоит из 18 твэлов и выглядит примерно вот так:
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
ТВС реактора ВВЭР выглядит вот так:
Ядерное топливо. Что это, как это, куда это и почему.
Как видно, ТВС реактора ВВЭР состоит из гораздо большего количества твэлов, чем у РБМК.

Готовое специзделие (ТВС) затем с соблюдением мер предосторожности доставляется на АЭС. Зачем предосторожности? Ядерное горючее, хоть пока и нерадиоактивно, очень ценное, дорогое, и при очень неаккуратном обращении способно вызвать много проблем. Затем проводится финальный контроль состояния ТВС и - загрузка в реактор. Всё, уран прошел долгий путь от руды под землей к высокотехнологичному устройству внутри ядерного реактора. Теперь у него другая судьба - несколько лет тужиться внутри реактора и выделять драгоценное тепло, которое у него будет забирать вода (или любой другой теплоноситель).

Когда пишу, каждый раз понимаю что нюансов и просто информации - очень много. Но самые основы описал и даже, надеюсь, правильно. Ваши вопросы и замечания всегда приветствуются.
Все фотографии взяты из интернета, авторам, если узнают своё творение, огромное спасибо.
4196

Экология наше все

Развернуть
Экология наше все
1082

Пустота НЕ пуста

Развернуть
Когда мы слышим от физиков «вакуум», мы представляем нечто, в чём нет ничего. Но это не совсем так. Дерек с канала Veritasium расскажет, в чём дело.
1750

Проблемы фундаментальной физики

Развернуть
пробный пост, если понравится продолжу
Проблемы фундаментальной физики
769

Возбуждённые атомы.....

Развернуть
Возбуждённые атомы.....