Teknologinen kehitys vuosien varrella on mahdollistanut poikkeuksellisten fyysisten periaatteiden tuntemuksen hankkimisen, kuten röntgensäteiden löytämisen, joka mullisti lääketieteen, Newtonin työn, joka antoi Einsteinille mahdollisuuden työskennellä suhteellisuusteorian parissa, tai atomin löytämisen, joka johti ydinfissioon.
Kaikki nämä saavutukset ovat aina jakaneet tiedeyhteisön mielipiteet, jotka pitivät näitä löytöjä upeina mutta tietyiltä osin vaarallisina.
21. vuosisadan yhteiskunta on jo vuosia kyseenalaistanut maailmaa mullistaneen löydön: puhumme ydinenergiasta!
Ydinenergia tai atomienergia on ydinreaktioista ja radioaktiivisesta hajoamisesta kineettisen energian muodossa saatavaa energiaa, jota käytetään monissa teknologioissa, kuten ydinvoimaloissa sähkön tuottamiseen. Vuonna 2020 ydinenergia muodosti vain 10 % maailmanlaajuisesta sähkön tuotannosta, vaikka se on yksi turvallisimmista energianlähteistä tuotetun energian yksikköä kohti laskettujen kuolemien perusteella. Miksi yleisöllä on siis varauksia tämän teknologian käyttöön?
Tutkitaan yhdessä, kuinka ydinvoimala toimii, ja katsotaan jokainen vaihe yksityiskohtaisesti.
Ydinvoimalat ovat valtavia ja erittäin monimutkaisia rakennuksia, joita käytetään voimalaitoksina ja jotka tuottavat energiaa ydinvoiman avulla.
Ydinvoima on reaktio, jossa raskaan alkuaineen ydin hajoaa vapauttaen suuren määrän energiaa; reaktio tapahtuu, kun raskaan metallin, kuten uraani-235:n, ydintä pommitetaan, eli sitä osuu neutroni, joka hajottaa ytimen, vapauttaen kolme uutta neutronia ja energiaa. Näistä neutroneista yksi absorboituu toiseen uraani-238:n ytimeen ja häviää tasapainossa, toinen neutroni voi paeta järjestelmästä ja kolmas neutroni osuu toiseen uraani-235:n ytimeen, joka hajoaa vapauttaen lisää neutroneja, jotka puolestaan osuvat muihin uraani-235:n ytimiin, muodostaen ketjureaktion.
Tämä reaktio on ydinreaktorin perusta, joka hallitsee raskaan materiaalin hajoamista kontrolloidulla tavalla.
Katsotaan nyt, miten ydinvoimala on rakennettu ja miten se toimii!
Laitos on pääasiassa jaettu kahteen osaan: ensimmäinen on ydinreaktoria sisältävä rakennus, jota kutsutaan ydinlaitokseksi, ja toinen on perinteinen laitos, jossa hankittu ydinenergia muunnetaan sähköksi.
Kaikki nämä saavutukset ovat aina jakaneet tiedeyhteisön mielipiteet, jotka pitivät näitä löytöjä upeina mutta tietyiltä osin vaarallisina.
21. vuosisadan yhteiskunta on jo vuosia kyseenalaistanut maailmaa mullistaneen löydön: puhumme ydinenergiasta!
Ydinenergia tai atomienergia on ydinreaktioista ja radioaktiivisesta hajoamisesta kineettisen energian muodossa saatavaa energiaa, jota käytetään monissa teknologioissa, kuten ydinvoimaloissa sähkön tuottamiseen. Vuonna 2020 ydinenergia muodosti vain 10 % maailmanlaajuisesta sähkön tuotannosta, vaikka se on yksi turvallisimmista energianlähteistä tuotetun energian yksikköä kohti laskettujen kuolemien perusteella. Miksi yleisöllä on siis varauksia tämän teknologian käyttöön?
Tutkitaan yhdessä, kuinka ydinvoimala toimii, ja katsotaan jokainen vaihe yksityiskohtaisesti.
Ydinvoimalat ovat valtavia ja erittäin monimutkaisia rakennuksia, joita käytetään voimalaitoksina ja jotka tuottavat energiaa ydinvoiman avulla.
Ydinvoima on reaktio, jossa raskaan alkuaineen ydin hajoaa vapauttaen suuren määrän energiaa; reaktio tapahtuu, kun raskaan metallin, kuten uraani-235:n, ydintä pommitetaan, eli sitä osuu neutroni, joka hajottaa ytimen, vapauttaen kolme uutta neutronia ja energiaa. Näistä neutroneista yksi absorboituu toiseen uraani-238:n ytimeen ja häviää tasapainossa, toinen neutroni voi paeta järjestelmästä ja kolmas neutroni osuu toiseen uraani-235:n ytimeen, joka hajoaa vapauttaen lisää neutroneja, jotka puolestaan osuvat muihin uraani-235:n ytimiin, muodostaen ketjureaktion.
Tämä reaktio on ydinreaktorin perusta, joka hallitsee raskaan materiaalin hajoamista kontrolloidulla tavalla.
Katsotaan nyt, miten ydinvoimala on rakennettu ja miten se toimii!
Laitos on pääasiassa jaettu kahteen osaan: ensimmäinen on ydinreaktoria sisältävä rakennus, jota kutsutaan ydinlaitokseksi, ja toinen on perinteinen laitos, jossa hankittu ydinenergia muunnetaan sähköksi.
Ulkoisesti ydinlaitos näyttäytyy suurena betonilohkona, joka eristää laitoksen keskellä sijaitsevan reaktorin. Reaktorissa on ydin tai sydän, joka koostuu fissioaineesta, yleensä uraani-238:n ja uraani-235:n sekoituksesta. Hidastin, yleensä raskas vesi tai grafiitti, käytetään hidastamaan syntyneitä neutroneja, mikä lisää fissiomahdollisuutta.
Reaktorissa on myös metallisia ohjaustankoja, joita käytetään ylimääräisten neutronien sieppaamiseen ja jotka työnnetään ytimeen reaktion tehon säätelemiseksi ja tarvittaessa prosessin pysäyttämiseksi kriittisessä tilanteessa. Jos reaktio saavuttaa kriittisen tason, se vapauttaa valtavan määrän energiaa, mikä aiheuttaa ytimen sulamisen, rikkoo seinämät ja levittää radioaktiivista ainetta ympäristöön. Reaktion hidastuvat fragmentit tuottavat lämpöä, joka vangitaan uraaniydintä ympäröivällä lämmönsiirtonesteellä; yksinkertaisesti sanottuna lämmönsiirtoneste toimii kuten lämmin vesi lämmitysjärjestelmässä, jossa vesi kantaa kattilan tuottaman lämmön eri pisteisiin huoneessa. Ytimeen saapuva puristettu lämmönsiirtoneste on 290 °C ja nousee 320 °C:een 15 MPa:n paineessa, jotta se ei kiehu.
Lämmitetty neste kulkee höyrygeneraattorin läpi, jossa muodostuu kylläistä kosteaa höyryä; tässä vaiheessa se kulkee kosteuserottimen läpi, joka muuntaa sen kylläiseksi kuivaksi höyryksi, ja johtojärjestelmän avulla se kuljetetaan perinteisessä laitoksessa sijaitsevaan höyryturbiiniin, jossa lopullinen lämpötila on 290 °C ja paine 5 MPa. Paineen vakauttamiseen käytetään paineistinta. Turbiini on käyttölaite, joka muuntaa höyryn lämpöenergian mekaaniseksi työksi. Turbiini, hyödyntäen muunnettua energiaa, pyörittää generaattoria, jota käytetään sähkön tuottamiseen; sama periaate on käytössä yleisimmissä polttoainevoimaloissa, vesivoimaloissa tai tuulipuistoissa.
Kuten olemme nähneet, koko prosessi tuottaa suuria määriä höyryä, joka on hallittava sen jälkeen, kun se poistuu turbiinista; jäähdyttämällä höyry palaa nestemäiseen tilaan ja sitä voidaan käyttää uudelleen prosessissa. Turbiinin alapuolelle sijoitetaan lauhdutin höyryn jäähdyttämiseksi, ja kiitos jäähdytysaineen, se muunnetaan vedeksi. Lauhduttimesta ulos tulevan veden lämpötila on erittäin korkea, eikä sitä voi päästää takaisin alkuperäiseen altaaseen, sillä se vahingoittaisi ekosysteemiä; tästä syystä on edullista rakentaa ydinvoimalat lähelle jokia, järviä tai merenrantoja, joissa suuret vesimäärät voivat vähitellen alentaa lauhduttimen veden lämpötilaa aiheuttamatta vahinkoa. Sisämaahan rakennetuille laitoksille tarvitaan suljettu jäähdytyspiiri; yleisimmin käytetty järjestelmä on jäähdytystornit, joissa on luonnollinen tai pakotettu kierto, suurten puhaltimien avulla.
Reaktorissa on myös metallisia ohjaustankoja, joita käytetään ylimääräisten neutronien sieppaamiseen ja jotka työnnetään ytimeen reaktion tehon säätelemiseksi ja tarvittaessa prosessin pysäyttämiseksi kriittisessä tilanteessa. Jos reaktio saavuttaa kriittisen tason, se vapauttaa valtavan määrän energiaa, mikä aiheuttaa ytimen sulamisen, rikkoo seinämät ja levittää radioaktiivista ainetta ympäristöön. Reaktion hidastuvat fragmentit tuottavat lämpöä, joka vangitaan uraaniydintä ympäröivällä lämmönsiirtonesteellä; yksinkertaisesti sanottuna lämmönsiirtoneste toimii kuten lämmin vesi lämmitysjärjestelmässä, jossa vesi kantaa kattilan tuottaman lämmön eri pisteisiin huoneessa. Ytimeen saapuva puristettu lämmönsiirtoneste on 290 °C ja nousee 320 °C:een 15 MPa:n paineessa, jotta se ei kiehu.
Lämmitetty neste kulkee höyrygeneraattorin läpi, jossa muodostuu kylläistä kosteaa höyryä; tässä vaiheessa se kulkee kosteuserottimen läpi, joka muuntaa sen kylläiseksi kuivaksi höyryksi, ja johtojärjestelmän avulla se kuljetetaan perinteisessä laitoksessa sijaitsevaan höyryturbiiniin, jossa lopullinen lämpötila on 290 °C ja paine 5 MPa. Paineen vakauttamiseen käytetään paineistinta. Turbiini on käyttölaite, joka muuntaa höyryn lämpöenergian mekaaniseksi työksi. Turbiini, hyödyntäen muunnettua energiaa, pyörittää generaattoria, jota käytetään sähkön tuottamiseen; sama periaate on käytössä yleisimmissä polttoainevoimaloissa, vesivoimaloissa tai tuulipuistoissa.
Kuten olemme nähneet, koko prosessi tuottaa suuria määriä höyryä, joka on hallittava sen jälkeen, kun se poistuu turbiinista; jäähdyttämällä höyry palaa nestemäiseen tilaan ja sitä voidaan käyttää uudelleen prosessissa. Turbiinin alapuolelle sijoitetaan lauhdutin höyryn jäähdyttämiseksi, ja kiitos jäähdytysaineen, se muunnetaan vedeksi. Lauhduttimesta ulos tulevan veden lämpötila on erittäin korkea, eikä sitä voi päästää takaisin alkuperäiseen altaaseen, sillä se vahingoittaisi ekosysteemiä; tästä syystä on edullista rakentaa ydinvoimalat lähelle jokia, järviä tai merenrantoja, joissa suuret vesimäärät voivat vähitellen alentaa lauhduttimen veden lämpötilaa aiheuttamatta vahinkoa. Sisämaahan rakennetuille laitoksille tarvitaan suljettu jäähdytyspiiri; yleisimmin käytetty järjestelmä on jäähdytystornit, joissa on luonnollinen tai pakotettu kierto, suurten puhaltimien avulla.
