Sredinom dvadesetog stoljeća, najbolji umovi čovječanstva naporno su radili na dva zadatka odjednom: na stvaranju atomske bombe, a također i na tome kako iskoristiti energiju atoma u miroljubive svrhe. Tako su nastale prve nuklearne elektrane na svijetu. Koji je princip rada nuklearne elektrane? A gdje se na svijetu nalaze najveće od ovih elektrana?
Povijest i značajke nuklearne energije
"Energija je glava svega" - ovako možete parafrazirati poznatu poslovicu s obzirom na objektivnu stvarnost 21. stoljeća. Sa svakim novim krugom tehnološkog napretka, čovječanstvu je potrebna sve veća količina toga. Danas se energija "mirnog atoma" aktivno koristi u gospodarstvu i proizvodnji, a ne samo u energetskom sektoru.
Električna energija koju proizvode takozvane nuklearne elektrane (koje rade na vrlo jednostavnom principu) naširoko se koristi u industriji, istraživanju svemira, medicini i poljoprivredi.
Nuklearna energija je grana teške industrije koja izvlači toplinu i električnu energiju iz kinetičke energije atoma.
Kada su se pojaviliprve nuklearne elektrane? Sovjetski znanstvenici proučavali su princip rada takvih elektrana još 40-ih godina. Usput, paralelno su izmislili i prvu atomsku bombu. Dakle, atom je bio i "miran" i smrtonosan.
Godine 1948. I. V. Kurchatov je predložio da sovjetska vlada počne izravno raditi na vađenju atomske energije. Dvije godine kasnije, u Sovjetskom Savezu (u gradu Obninsk, Kaluška regija), započela je izgradnja prve nuklearne elektrane na planeti.
Princip rada svih nuklearnih elektrana je sličan i nije ga nimalo teško razumjeti. O tome će se dalje raspravljati.
NPP: princip rada (fotografija i opis)
Rad bilo koje nuklearne elektrane temelji se na snažnoj reakciji koja se događa tijekom fisije jezgre atoma. U taj proces najčešće su uključeni atomi urana-235 ili plutonija. Jezgra atoma dijeli neutron koji u njih ulazi izvana. U tom slučaju nastaju novi neutroni, kao i fisijski fragmenti, koji imaju ogromnu kinetičku energiju. Upravo je ta energija glavni i ključni proizvod svake nuklearne elektrane
Ovako možete opisati princip rada reaktora nuklearne elektrane. Na sljedećoj fotografiji možete vidjeti kako to izgleda iznutra.
Postoje tri glavne vrste nuklearnih reaktora:
- kanalni reaktor velike snage (skraćeno RBMK);
- reaktor vode pod pritiskom (VVER);
- reaktor na brzim neutronima (FN).
Zasebno, vrijedi opisati princip rada nuklearnih elektrana u cjelini. Razgovarat će se o tome kako funkcionira.u sljedećem članku.
Princip rada NPP-a (dijagram)
Nuklearna elektrana radi pod određenim uvjetima iu strogo određenim režimima. Osim nuklearnog reaktora (jedan ili više), struktura nuklearne elektrane uključuje i druge sustave, posebne objekte i visokokvalificirano osoblje. Koji je princip rada nuklearnih elektrana? Može se ukratko opisati na sljedeći način.
Glavni element svake nuklearne elektrane je nuklearni reaktor, u kojem se odvijaju svi glavni procesi. O tome što se događa u reaktoru pisali smo u prethodnom odjeljku. Nuklearno gorivo (obično najčešće uran) u obliku malih crnih kuglica ubacuje se u ovaj ogromni kotao.
Energija oslobođena tijekom reakcija koje se odvijaju u nuklearnom reaktoru pretvara se u toplinu i prenosi na rashladno sredstvo (obično vodu). Treba napomenuti da tijekom ovog procesa rashladna tekućina također prima određenu dozu zračenja.
Dalje, toplina iz rashladne tekućine prenosi se na običnu vodu (putem posebnih uređaja - izmjenjivača topline), koja kao rezultat ključa. Nastala vodena para pokreće turbinu. Na potonji je spojen generator koji proizvodi električnu energiju.
Dakle, po principu rada nuklearne elektrane, ovo je ista termoelektrana. Jedina razlika je kako se para proizvodi.
Geografija nuklearne energije
Pet najboljih zemalja u proizvodnji nuklearne energije su sljedeći:
- SAD.
- Francuska.
- Japan.
- Rusija.
- Južna Koreja.
U isto vrijeme, Sjedinjene Američke Države, koje proizvode oko 864 milijarde kWh godišnje, proizvode do 20% svjetske električne energije.
Ukupno 31 država u svijetu upravlja nuklearnim elektranama. Od svih kontinenata planeta, samo su dva (Antarktika i Australija) potpuno oslobođena nuklearne energije.
Danas u svijetu radi 388 nuklearnih reaktora. Istina, njih 45 ne proizvodi struju godinu i pol dana. Većina nuklearnih reaktora nalazi se u Japanu i Sjedinjenim Državama. Njihova potpuna geografija prikazana je na sljedećoj karti. Zemlje s operativnim nuklearnim reaktorima označene su zelenom bojom, njihov ukupan broj u pojedinoj državi također je naznačen.
Razvoj nuklearne energije u različitim zemljama
Općenito, od 2014. godine došlo je do općeg pada u razvoju nuklearne energije. Lideri u izgradnji novih nuklearnih reaktora su tri zemlje: Rusija, Indija i Kina. Osim toga, brojne države koje nemaju nuklearne elektrane planiraju ih izgraditi u bliskoj budućnosti. To uključuje Kazahstan, Mongoliju, Indoneziju, Saudijsku Arabiju i niz sjevernoafričkih zemalja.
S druge strane, brojne su države krenule u postupno smanjenje broja nuklearnih elektrana. To uključuje Njemačku, Belgiju i Švicarsku. A u nekim zemljama (Italija, Austrija, Danska, Urugvaj) nuklearna energija je zabranjena na zakonodavnoj razini.
Glavni problemi nuklearne energije
Postoji jedan značajan ekološki problem povezan s razvojem nuklearne energije. To je takozvano toplinsko onečišćenje okoliša. Dakle, prema mišljenju mnogih stručnjaka, nuklearne elektrane emitiraju više topline od termoelektrana istog kapaciteta. Posebno je opasno onečišćenje termalne vode, koje narušava prirodne uvjete života bioloških organizama i dovodi do uginuća mnogih vrsta riba.
Još jedno goruće pitanje povezano s nuklearnom energijom tiče se nuklearne sigurnosti općenito. Prvi put je čovječanstvo ozbiljno razmišljalo o ovom problemu nakon katastrofe u Černobilu 1986. godine. Princip rada nuklearne elektrane u Černobilu nije se puno razlikovao od ostalih nuklearnih elektrana. Međutim, to je nije spasilo od velike i teške nesreće, koja je za sobom povukla vrlo teške posljedice za cijelu istočnu Europu.
Štoviše, opasnost od nuklearne energije nije ograničena na moguće nesreće uzrokovane čovjekom. Dakle, nastaju veliki problemi s odlaganjem nuklearnog otpada.
Prednosti nuklearne energije
Unatoč tome, pobornici razvoja nuklearne energije također navode jasne prednosti nuklearnih elektrana. Tako je posebno Svjetska nuklearna udruga nedavno objavila svoje izvješće s vrlo zanimljivim podacima. Prema njegovim riječima, broj ljudskih žrtava koje prate proizvodnju jednog gigavata električne energije u nuklearnim elektranama je 43 puta manji nego u tradicionalnim termoelektranama.
Postoje i druge jednako važne pogodnosti. Naime:
- jeftina proizvodnja električne energije;
- ekološka čistoća nuklearne energije (s izuzetkom onečišćenja termalne vode);
- nedostatak stroge geografske reference nuklearnih elektrana na velike izvore goriva.
Umjesto zaključka
1950. godine izgrađena je prva nuklearna elektrana na svijetu. Princip rada nuklearnih elektrana je fisija atoma uz pomoć neutrona. Ovaj proces oslobađa ogromnu količinu energije.
Čini se da je nuklearna energija iznimna blagodat za čovječanstvo. Međutim, povijest je dokazala suprotno. Konkretno, dvije velike tragedije – nesreća u sovjetskoj nuklearnoj elektrani Černobil 1986. i nesreća u japanskoj elektrani Fukushima-1 2011. – pokazale su opasnost koju predstavlja “mirni” atom. I mnoge zemlje svijeta danas su počele razmišljati o djelomičnom ili čak potpunom odbijanju nuklearne energije.
