W połowie XX wieku najlepsze umysły ludzkości ciężko pracowały jednocześnie nad dwoma zadaniami: stworzeniem bomby atomowej, a także nad sposobem wykorzystania energii atomu do pokojowych celów. Tak powstały pierwsze na świecie elektrownie jądrowe. Jaka jest zasada działania elektrowni jądrowych? A gdzie na świecie są największe z tych elektrowni?
Historia i cechy energii jądrowej
„Energia jest głową wszystkiego” - tak można sformułować słynne przysłowie, biorąc pod uwagę obiektywną rzeczywistość XXI wieku. Z każdą nową rundą postępu technicznego ludzkość potrzebuje jej coraz więcej. Dziś energia „pokojowego atomu” jest aktywnie wykorzystywana w gospodarce i produkcji, a nie tylko w sektorze energetycznym.
Energia elektryczna wytwarzana w tak zwanych elektrowniach jądrowych (których zasada działania ma bardzo prosty charakter) jest szeroko stosowana w przemyśle, eksploracji kosmosu, medycynie i rolnictwie.
Energia jądrowa to przemysł ciężki, który pobiera ciepło i elektryczność z energii kinetycznej atomu.
Kiedy pojawiły się pierwsze elektrownie jądrowe? Zasada działania takich elektrowni, sowieccy naukowcy badali w latach 40. Nawiasem mówiąc, równolegle wymyślili również pierwszą bombę atomową. Atom był więc „pokojowy” i śmiertelny.
W 1948 r. I.V. Kurchatov zaprosił rząd radziecki do rozpoczęcia bezpośrednich prac nad wydobyciem energii atomowej. Dwa lata później w Związku Radzieckim (w mieście Obnińsk, obwód Kaługa) rozpoczyna się budowa pierwszej elektrowni jądrowej na tej planecie.
Zasada działania wszystkich elektrowni jądrowych jest podobna, ale wcale nie jest trudno ją zrozumieć. Zostanie to omówione później.
Elektrownia jądrowa: zasada działania (zdjęcie i opis)
Podstawą pracy każdej elektrowni jądrowej jest potężna reakcja zachodząca podczas rozszczepienia jądra atomowego. Najczęściej biorą udział w tym procesie atomy uranu-235 lub pluton. Jądro atomów jest podzielone przez neutron, który wchodzi do nich z zewnątrz. W tym przypadku pojawiają się nowe neutrony, a także fragmenty rozszczepienia, które mają ogromną energię kinetyczną. Właśnie ta energia jest głównym i kluczowym produktem każdej elektrowni jądrowej.
Możesz więc opisać zasadę działania elektrowni jądrowej reaktora. Na następnym zdjęciu widać, jak to wygląda od wewnątrz.
Wyróżnia się trzy główne typy reaktorów jądrowych:
- reaktor kanałowy dużej mocy (w skrócie - RBMK);
- reaktor woda-woda (VVER);
- szybki reaktor neutronowy (BN).
Osobno warto opisać zasadę działania elektrowni jądrowych jako całości. Jak to działa, zostanie omówione w następnym artykule.
Zasada działania elektrowni jądrowych (schemat)
Elektrownia jądrowa działa w określonych warunkach i w ściśle określonych trybach. Oprócz reaktora jądrowego (jednego lub więcej), struktura elektrowni jądrowej obejmuje inne systemy, specjalne urządzenia i wysoko wykwalifikowany personel. Jaka jest zasada działania elektrowni jądrowych? Można to krótko opisać w następujący sposób.
Głównym elementem każdej elektrowni jądrowej jest reaktor jądrowy, w którym zachodzą wszystkie główne procesy. O tym, co dzieje się w reaktorze, pisaliśmy w poprzedniej sekcji. Paliwo nuklearne (zwykle najczęściej jest to uran) w postaci małych czarnych tabletek jest podawane do tego ogromnego kotła.
Energia uwalniana podczas reakcji zachodzących w reaktorze jądrowym jest przekształcana w ciepło i przenoszona do chłodziwa (zwykle wody). Warto zauważyć, że czynnik chłodzący w tym procesie otrzymuje pewną dawkę promieniowania.
Ponadto ciepło z chłodziwa jest przekazywane do zwykłej wody (poprzez specjalne urządzenia - wymienniki ciepła), która w rezultacie wrze. Powstająca w tym przypadku para wodna obraca turbinę. Generator jest podłączony do tego ostatniego, który wytwarza energię elektryczną.
Zatem zgodnie z zasadą działania elektrowni jądrowej jest to ta sama elektrownia cieplna. Jedyna różnica polega na tym, jak powstaje para.
Geografia energii jądrowej
Pierwszych pięć krajów produkujących energię jądrową to:
- USA
- Francja
- Japonia
- Rosja
- Korea Południowa
Jednocześnie Stany Zjednoczone Ameryki, wytwarzając około 864 miliardów kWh rocznie, wytwarzają do 20% światowej energii elektrycznej.
W sumie 31 państw prowadzi elektrownie jądrowe na świecie. Ze wszystkich kontynentów planety tylko dwa (Antarktyda i Australia) są całkowicie wolne od energii jądrowej.
Do chwili obecnej na świecie działa 388 reaktorów jądrowych. To prawda, że 45 z nich nie wytwarzało energii elektrycznej przez półtora roku. Większość reaktorów jądrowych znajduje się w Japonii i Stanach Zjednoczonych. Ich pełna geografia została przedstawiona na poniższej mapie. Kraje, w których działają reaktory jądrowe, są oznaczone kolorem zielonym, podana jest również ich całkowita liczba w danym stanie.
Rozwój energii jądrowej w różnych krajach
Ogólnie rzecz biorąc, od 2014 r. Nastąpił ogólny spadek rozwoju energetyki jądrowej. Trzy kraje są liderami w budowie nowych reaktorów jądrowych: są to Rosja, Indie i Chiny. Ponadto wiele państw, które nie mają elektrowni jądrowych, planuje ich budowę w najbliższej przyszłości. Należą do nich Kazachstan, Mongolia, Indonezja, Arabia Saudyjska i wiele krajów Afryki Północnej.
Z drugiej strony wiele państw rozpoczęło stopniowe zmniejszanie liczby elektrowni jądrowych. Należą do nich Niemcy, Belgia i Szwajcaria. W niektórych krajach (Włochy, Austria, Dania, Urugwaj) energia jądrowa jest zabroniona na poziomie legislacyjnym.
Główne problemy energii jądrowej
Rozwój energetyki jądrowej ma jeden istotny problem środowiskowy. Jest to tak zwane zanieczyszczenie termiczne środowiska. Tak więc, według wielu ekspertów, elektrownie jądrowe emitują więcej ciepła niż elektrownie cieplne o tej samej mocy. Zanieczyszczenie termiczne wody jest szczególnie niebezpieczne, co narusza naturalne warunki życia organizmów biologicznych i prowadzi do śmierci wielu gatunków ryb.
Kolejna paląca kwestia związana z energią jądrową dotyczy ogólnie bezpieczeństwa jądrowego. Po raz pierwszy ludzkość poważnie zastanowiła się nad tym problemem po katastrofie w Czarnobylu w 1986 roku. Zasada działania elektrowni jądrowej w Czarnobylu niewiele różniła się od innych elektrowni jądrowych. Nie uchroniło to jednak jej przed poważnym i poważnym wypadkiem, który pociągnął za sobą bardzo poważne konsekwencje dla całej Europy Wschodniej.
Ponadto niebezpieczeństwo związane z energią jądrową nie ogranicza się tylko do możliwych awarii technologicznych. Powstają więc duże problemy z usuwaniem odpadów nuklearnych.
Korzyści z energii jądrowej
Niemniej jednak zwolennicy rozwoju energetyki jądrowej nazywają także wyraźne zalety eksploatacji elektrowni jądrowych. W szczególności Światowe Stowarzyszenie Jądrowe niedawno opublikowało swój raport z bardzo interesującymi danymi. Według niego liczba ofiar śmiertelnych towarzyszących produkcji jednego gigawata energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych jest 43 razy mniejsza niż w tradycyjnych elektrowniach cieplnych.
Istnieją inne równie ważne zalety. Mianowicie:
- niski koszt produkcji energii elektrycznej;
- czystość środowiska energii jądrowej (z wyjątkiem termicznego zanieczyszczenia wody);
- brak ścisłego odniesienia geograficznego elektrowni jądrowych do dużych źródeł paliwa.
