W połowie XX wieku najlepsze umysły ludzkości ciężko pracowały nad dwoma zadaniami jednocześnie: nad stworzeniem bomby atomowej, a także nad tym, jak wykorzystać energię atomu do celów pokojowych. Tak powstały pierwsze na świecie elektrownie jądrowe. Jaka jest zasada działania elektrowni jądrowej? A gdzie na świecie znajduje się największa z tych elektrowni?
Historia i cechy energetyki jądrowej
"Energia jest głową wszystkiego" - tak można sparafrazować znane przysłowie, biorąc pod uwagę obiektywne realia XXI wieku. Z każdą kolejną rundą postępu technologicznego ludzkość potrzebuje coraz większej jego ilości. Dziś energia „pokojowego atomu” jest aktywnie wykorzystywana w gospodarce i produkcji, nie tylko w energetyce.
Elektryczność generowana przez tak zwane elektrownie jądrowe (działające na bardzo prostej zasadzie) jest szeroko wykorzystywana w przemyśle, eksploracji kosmosu, medycynie i rolnictwie.
Energia jądrowa to gałąź przemysłu ciężkiego, która pozyskuje ciepło i elektryczność z energii kinetycznej atomu.
Kiedy się pojawiłypierwsze elektrownie jądrowe? Radzieccy naukowcy badali zasadę działania takich elektrowni już w latach 40-tych. Nawiasem mówiąc, równolegle wynaleźli też pierwszą bombę atomową. W ten sposób atom był zarówno „spokojny”, jak i zabójczy.
W 1948 r. I. V. Kurczatow zasugerował, aby rząd sowiecki rozpoczął bezpośrednie prace nad wydobyciem energii atomowej. Dwa lata później w Związku Radzieckim (w mieście Obninsk, obwód Kaługa) rozpoczęła się budowa pierwszej elektrowni atomowej na świecie.
Zasada działania wszystkich elektrowni jądrowych jest podobna i wcale nie jest trudno ją zrozumieć. Zostanie to omówione dalej.
NPP: zasada działania (zdjęcie i opis)
Praca każdej elektrowni jądrowej opiera się na silnej reakcji, która zachodzi podczas rozszczepienia jądra atomu. W procesie tym najczęściej biorą udział atomy uranu-235 lub plutonu. Jądro atomów dzieli neutron, który wnika do nich z zewnątrz. W tym przypadku powstają nowe neutrony, a także fragmenty rozszczepienia, które mają ogromną energię kinetyczną. Właśnie ta energia jest głównym i kluczowym produktem każdej elektrowni jądrowej
Tak można opisać zasadę działania reaktora elektrowni jądrowej. Na kolejnym zdjęciu widać jak to wygląda od środka.
Istnieją trzy główne typy reaktorów jądrowych:
- reaktor kanałowy dużej mocy (w skrócie RBMK);
- ciśnieniowy reaktor wodny (VVER);
- reaktor neutronów prędkich (FN).
Osobno warto opisać zasadę działania elektrowni jądrowych jako całości. Jak to działa, zostanie omówione.w następnym artykule.
Zasada działania elektrowni jądrowej (schemat)
Elektrownia jądrowa działa w określonych warunkach iw ściśle określonych trybach. Oprócz reaktora jądrowego (jednego lub więcej), struktura elektrowni jądrowej obejmuje inne systemy, obiekty specjalne 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 poprzednim rozdziale. Paliwo jądrowe (najczęściej uran) w postaci małych czarnych granulek trafia do tego ogromnego kotła.
Energia uwalniana podczas reakcji zachodzących w reaktorze jądrowym jest przekształcana w ciepło i przekazywana do chłodziwa (zwykle wody). Należy zauważyć, że podczas tego procesu płyn chłodzący również otrzymuje pewną dawkę promieniowania.
Ponadto ciepło z chłodziwa jest przenoszone do zwykłej wody (poprzez specjalne urządzenia - wymienniki ciepła), która w rezultacie wrze. Powstała para wodna napędza turbinę. Do tego ostatniego podłączony jest generator, który wytwarza energię elektryczną.
Tak więc, zgodnie z zasadą działania elektrowni jądrowej, jest to ta sama elektrownia cieplna. Jedyną różnicą jest sposób wytwarzania pary.
Geografia energetyki jądrowej
Pięć największych krajów produkujących energię jądrową to:
- USA.
- Francja.
- Japonia.
- Rosja.
- Korea Południowa.
W tym samym czasie Stany Zjednoczone Ameryki, generując około 864 miliardów kWh rocznie, wytwarzają do 20% światowej energii elektrycznej.
Łącznie w 31 stanach na świecie działają elektrownie jądrowe. Ze wszystkich kontynentów planety tylko dwa (Antarktyka i Australia) są całkowicie wolne od energii jądrowej.
Dziś na świecie działa 388 reaktorów jądrowych. To prawda, że 45 z nich nie wytwarzało prądu od półtora roku. Większość reaktorów jądrowych znajduje się w Japonii i Stanach Zjednoczonych. Ich pełną geografię przedstawia poniższa mapa. Na zielono zaznaczono kraje, w których działają reaktory jądrowe, podana jest również ich łączna liczba w danym stanie.
Rozwój energetyki jądrowej w różnych krajach
Ogólnie rzecz biorąc, od 2014 r. nastąpił ogólny spadek rozwoju energetyki jądrowej. Liderami w budowie nowych reaktorów jądrowych są trzy kraje: Rosja, Indie i Chiny. Ponadto szereg stanów, 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 stanów rozpoczęło stopniową redukcję liczby elektrowni jądrowych. Należą do nich Niemcy, Belgia i Szwajcaria. A w niektórych krajach (Włochy, Austria, Dania, Urugwaj) energia jądrowa jest zabroniona na poziomie legislacyjnym.
Główne problemy energetyki jądrowej
Istnieje jeden poważny problem środowiskowy związany z rozwojem energetyki jądrowej. Jest to tzw. termiczne zanieczyszczenie środowiska. Tym samym, zdaniem wielu ekspertów, elektrownie jądrowe emitują więcej ciepła niż elektrownie cieplne o tej samej mocy. Szczególnie niebezpieczne jest zanieczyszczenie wód termalnych, które zakłóca naturalne warunki życia organizmów biologicznych i prowadzi do śmierci wielu gatunków ryb.
Kolejny palący problem związany 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 nie różniła się zbytnio od innych elektrowni jądrowych. Nie uchroniło to jej jednak przed poważnym i poważnym wypadkiem, który pociągał za sobą bardzo poważne konsekwencje dla całej Europy Wschodniej.
Co więcej, niebezpieczeństwo energii jądrowej nie ogranicza się do możliwych wypadków spowodowanych przez człowieka. Tak więc pojawiają się duże problemy z utylizacją odpadów nuklearnych.
Zalety energetyki jądrowej
Niemniej jednak zwolennicy rozwoju energetyki jądrowej wymieniają również wyraźne zalety elektrowni jądrowych. Dlatego w szczególności Światowe Stowarzyszenie Jądrowe opublikowało niedawno swój raport z bardzo interesującymi danymi. Według niego liczba ofiar śmiertelnych towarzyszących wytworzeniu jednego gigawata energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych jest 43 razy mniejsza niż w tradycyjnych elektrowniach cieplnych.
Istnieją inne równie ważne korzyści. Mianowicie:
- tanie wytwarzanie energii elektrycznej;
- czystość środowiska energetyki jądrowej (z wyjątkiem zanieczyszczenia wód termalnych);
- brak ścisłego geograficznego odniesienia elektrowni jądrowych do dużych źródeł paliwa.
Zamiast konkluzji
W 1950 roku zbudowano pierwszą na świecie elektrownię jądrową. Zasada działania elektrowni jądrowych polega na rozszczepieniu atomu za pomocą neutronu. Ten proces uwalnia ogromną ilość energii.
Wydaje się, że energia jądrowa jest wyjątkowym dobrodziejstwem dla ludzkości. Jednak historia dowiodła, że jest inaczej. W szczególności dwie poważne tragedie - wypadek w radzieckiej elektrowni jądrowej w Czarnobylu w 1986 r. i wypadek w japońskiej elektrowni Fukushima-1 w 2011 r. - pokazały niebezpieczeństwo, jakie stwarza „spokojny” atom. I wiele krajów świata zaczęło dziś myśleć o częściowym lub nawet całkowitym odrzuceniu energii jądrowej.
