Technologický vývoj v průběhu let umožnil získat znalosti o mimořádných fyzikálních principech, jako je objev rentgenových paprsků, který přinesl revoluci v medicíně, práce Newtona, která umožnila Einsteinovi pracovat na teorii relativity, nebo objev atomu, který vedl k jaderné štěpení.
Všechny tyto úspěchy vždy rozdělily názor vědecké komunity, která tyto objevy považovala za nádherné, ale zároveň v jistém smyslu nebezpečné.
Společnost 21. století se už mnoho let ptá na objev, který změnil svět: hovoříme o jaderné energii!
Jaderná nebo atomová energie je energie získaná z jaderných reakcí a radioaktivního rozpadu ve formě kinetické energie a je využívána mnoha technologiemi, například jadernými elektrárnami k výrobě elektřiny. V roce 2020 jaderná energie tvořila pouze 10 % světové produkce elektřiny, přestože je jedním z nejbezpečnějších zdrojů energie z hlediska úmrtí na jednotku vyrobené energie. Proč tedy veřejnost váhá s využitím této technologie?
Pojďme zjistit, jak funguje jaderná elektrárna, a podívejme se na jednotlivé kroky podrobně.
Jaderné elektrárny jsou obrovské a velmi složité stavby, které slouží jako elektrárny a vyrábějí energii pomocí jaderného štěpení.
Jaderné štěpení je reakce, při které jádro těžkého prvku rozpadem uvolňuje velké množství energie; reakce probíhá, když je jádro těžkého kovu, jako je uran-235, bombardováno, tedy zasaženo neutronem, který jádro rozštěpí, uvolní tři nové neutrony a energii. Jeden z těchto neutronů je absorbován jiným jádrem uranu-238 a je ztracen v rovnováze, druhý neutron může uniknout ze systému a třetí neutron zasáhne jiné jádro uranu-235, které se rozštěpí a uvolní další neutrony, které následně zasáhnou jiná jádra uranu-235, čímž vytvoří řetězovou reakci.
Tato reakce je základem jaderného reaktoru, který řídí rozpad těžkého materiálu kontrolovaným způsobem.
Nyní se podívejme, jak je jaderná elektrárna postavena a jak funguje!
Zařízení je rozděleno především do dvou ostrovů: první se nazývá jaderný ostrov, což je budova obsahující reaktor, zatímco druhý se nazývá konvenční ostrov, kde se získaná jaderná energie přeměňuje na elektřinu.
Všechny tyto úspěchy vždy rozdělily názor vědecké komunity, která tyto objevy považovala za nádherné, ale zároveň v jistém smyslu nebezpečné.
Společnost 21. století se už mnoho let ptá na objev, který změnil svět: hovoříme o jaderné energii!
Jaderná nebo atomová energie je energie získaná z jaderných reakcí a radioaktivního rozpadu ve formě kinetické energie a je využívána mnoha technologiemi, například jadernými elektrárnami k výrobě elektřiny. V roce 2020 jaderná energie tvořila pouze 10 % světové produkce elektřiny, přestože je jedním z nejbezpečnějších zdrojů energie z hlediska úmrtí na jednotku vyrobené energie. Proč tedy veřejnost váhá s využitím této technologie?
Pojďme zjistit, jak funguje jaderná elektrárna, a podívejme se na jednotlivé kroky podrobně.
Jaderné elektrárny jsou obrovské a velmi složité stavby, které slouží jako elektrárny a vyrábějí energii pomocí jaderného štěpení.
Jaderné štěpení je reakce, při které jádro těžkého prvku rozpadem uvolňuje velké množství energie; reakce probíhá, když je jádro těžkého kovu, jako je uran-235, bombardováno, tedy zasaženo neutronem, který jádro rozštěpí, uvolní tři nové neutrony a energii. Jeden z těchto neutronů je absorbován jiným jádrem uranu-238 a je ztracen v rovnováze, druhý neutron může uniknout ze systému a třetí neutron zasáhne jiné jádro uranu-235, které se rozštěpí a uvolní další neutrony, které následně zasáhnou jiná jádra uranu-235, čímž vytvoří řetězovou reakci.
Tato reakce je základem jaderného reaktoru, který řídí rozpad těžkého materiálu kontrolovaným způsobem.
Nyní se podívejme, jak je jaderná elektrárna postavena a jak funguje!
Zařízení je rozděleno především do dvou ostrovů: první se nazývá jaderný ostrov, což je budova obsahující reaktor, zatímco druhý se nazývá konvenční ostrov, kde se získaná jaderná energie přeměňuje na elektřinu.
Jaderný ostrov se zvenku jeví jako obrovský betonový blok, který izoluje reaktor umístěný ve středu zařízení. V reaktoru se nachází jádro složené z štěpného materiálu, obvykle směsi uranu-238 a uranu-235. Ke zpomalení generovaných neutronů se používá moderátor, obvykle těžká voda nebo grafit, což zvyšuje pravděpodobnost štěpení.
V reaktoru jsou také přítomny kovové regulační tyče, které se používají k zachycení přebytečných neutronů a vkládají se do jádra, aby regulovaly sílu reakce a v případě potřeby zastavily proces při kritických situacích. Pokud by reakce dosáhla kritické úrovně, uvolnila by obrovské množství energie, což by způsobilo roztavení jádra, zničení ochranných stěn a rozptýlení radioaktivního materiálu do prostředí. Fragmenty reakce při zpomalování generují teplo, které je zachyceno tepelným přenášecím médiem obklopujícím uranové jádro; zjednodušeně řečeno, tepelné přenášecí médium funguje podobně jako horká voda v topném systému s radiátory, kde voda přenáší teplo vytvořené kotlem do různých částí místnosti. Stlačené tepelné přenášecí médium dosahuje jádra při teplotě 290 °C a dosahuje 320 °C při tlaku 15 MPa, aby nedocházelo k varu.
Zahřátá tekutina prochází parním generátorem, kde vzniká sytá vlhká pára; v tomto okamžiku prochází odlučovačem vlhkosti, který ji přeměňuje na suchou sytou páru, a pomocí systému potrubí je přenášena do parní turbíny umístěné v konvenčním ostrově při konečné teplotě 290 °C a tlaku 5 MPa. K udržení stabilního tlaku se používá přetlakový ventil. Turbína je pohonný stroj, který využívá tepelnou energii páry a přeměňuje ji na mechanickou práci. Turbína následně pomocí převedené energie pohání alternátor, který slouží k výrobě elektřiny; stejný princip se používá v nejběžnějších spalovacích elektrárnách, stejně jako v hydroelektrárnách nebo větrných farmách.
Celý proces generuje velké množství páry, kterou je třeba řídit po opuštění turbíny; ochlazením se pára vrací do kapalného stavu a může být znovu použita v procesu. Pod turbínou je umístěn kondenzátor, který ochlazuje páru a pomocí chladicí kapaliny ji přeměňuje zpět na vodu. Voda vycházející z kondenzátoru má velmi vysokou teplotu a nemůže být vypuštěna do původní nádrže, protože by poškodila ekosystém; proto je výhodnější stavět jaderné elektrárny poblíž řek, jezer nebo mořských břehů, kde velké vodní masy mohou postupně snižovat teplotu vody z kondenzátoru, aniž by způsobily škody. Pro elektrárny postavené ve vnitrozemí je zapotřebí uzavřený chladicí okruh; nejběžněji používaným systémem jsou chladicí věže s přirozenou nebo nucenou cirkulací, s pomocí velkých ventilátorů.
V reaktoru jsou také přítomny kovové regulační tyče, které se používají k zachycení přebytečných neutronů a vkládají se do jádra, aby regulovaly sílu reakce a v případě potřeby zastavily proces při kritických situacích. Pokud by reakce dosáhla kritické úrovně, uvolnila by obrovské množství energie, což by způsobilo roztavení jádra, zničení ochranných stěn a rozptýlení radioaktivního materiálu do prostředí. Fragmenty reakce při zpomalování generují teplo, které je zachyceno tepelným přenášecím médiem obklopujícím uranové jádro; zjednodušeně řečeno, tepelné přenášecí médium funguje podobně jako horká voda v topném systému s radiátory, kde voda přenáší teplo vytvořené kotlem do různých částí místnosti. Stlačené tepelné přenášecí médium dosahuje jádra při teplotě 290 °C a dosahuje 320 °C při tlaku 15 MPa, aby nedocházelo k varu.
Zahřátá tekutina prochází parním generátorem, kde vzniká sytá vlhká pára; v tomto okamžiku prochází odlučovačem vlhkosti, který ji přeměňuje na suchou sytou páru, a pomocí systému potrubí je přenášena do parní turbíny umístěné v konvenčním ostrově při konečné teplotě 290 °C a tlaku 5 MPa. K udržení stabilního tlaku se používá přetlakový ventil. Turbína je pohonný stroj, který využívá tepelnou energii páry a přeměňuje ji na mechanickou práci. Turbína následně pomocí převedené energie pohání alternátor, který slouží k výrobě elektřiny; stejný princip se používá v nejběžnějších spalovacích elektrárnách, stejně jako v hydroelektrárnách nebo větrných farmách.
Celý proces generuje velké množství páry, kterou je třeba řídit po opuštění turbíny; ochlazením se pára vrací do kapalného stavu a může být znovu použita v procesu. Pod turbínou je umístěn kondenzátor, který ochlazuje páru a pomocí chladicí kapaliny ji přeměňuje zpět na vodu. Voda vycházející z kondenzátoru má velmi vysokou teplotu a nemůže být vypuštěna do původní nádrže, protože by poškodila ekosystém; proto je výhodnější stavět jaderné elektrárny poblíž řek, jezer nebo mořských břehů, kde velké vodní masy mohou postupně snižovat teplotu vody z kondenzátoru, aniž by způsobily škody. Pro elektrárny postavené ve vnitrozemí je zapotřebí uzavřený chladicí okruh; nejběžněji používaným systémem jsou chladicí věže s přirozenou nebo nucenou cirkulací, s pomocí velkých ventilátorů.
