Tehnološki napredak kroz godine omogućio je stjecanje znanja o izvanrednim fizičkim principima, poput otkrića rendgenskih zraka koje je revolucioniralo medicinu, Newtonovih radova koji su omogućili Einsteinu da radi na teoriji relativnosti, ili otkrića atoma koje je dovelo do nuklearne fisije.
Sva ta postignuća uvijek su podijelila mišljenje znanstvene zajednice koja je ta otkrića smatrala veličanstvenima, ali istovremeno potencijalno opasnima u nekim aspektima.
Društvo 21. stoljeća godinama se pita o otkriću koje je promijenilo svijet: govorimo o nuklearnoj energiji!
Nuklearna ili atomska energija je energija dobivena iz nuklearnih reakcija i radioaktivnog raspada u obliku kinetičke energije i koristi se u mnogim tehnologijama, poput nuklearnih elektrana za proizvodnju električne energije. Godine 2020. nuklearna energija činila je samo 10% globalne proizvodnje električne energije, iako je jedna od najsigurnijih izvora energije u smislu smrtnih slučajeva po jedinici proizvedene energije. Zašto onda javnost ima rezerve prema korištenju ove tehnologije?
Otkrijmo zajedno kako radi nuklearna elektrana i pogledajmo svaki korak detaljno.
Nuklearne elektrane su ogromne i vrlo složene građevine koje se koriste kao elektrane i proizvode energiju putem nuklearne fisije.
Nuklearna fisija je reakcija u kojoj jezgra teškog elementa raspada oslobađajući veliku količinu energije; reakcija se događa kada se jezgra teškog metala, poput urana-235, bombardira, tj. udari neutronom koji razbija jezgru, oslobađajući tri nova neutrona i energiju. Jedan od tih neutrona apsorbira druga jezgra urana-238 i izgubi se u bilanci, drugi neutron može pobjeći iz sustava, a treći neutron udara drugu jezgru urana-235 koja se raspada oslobađajući dodatne neutrone koji potom udaraju druge jezgre urana-235, stvarajući tako lančanu reakciju.
Ova reakcija je temelj nuklearnog reaktora, koji kontroliranim načinom upravlja raspadom teškog materijala.
Sada pogledajmo kako je izgrađena i kako radi nuklearna elektrana!
Postrojenje je podijeljeno u dva otoka: prvi se zove nuklearni otok, zgrada koja sadrži reaktor, dok se drugi zove konvencionalni otok, gdje se dobivena nuklearna energija pretvara u električnu energiju.
Sva ta postignuća uvijek su podijelila mišljenje znanstvene zajednice koja je ta otkrića smatrala veličanstvenima, ali istovremeno potencijalno opasnima u nekim aspektima.
Društvo 21. stoljeća godinama se pita o otkriću koje je promijenilo svijet: govorimo o nuklearnoj energiji!
Nuklearna ili atomska energija je energija dobivena iz nuklearnih reakcija i radioaktivnog raspada u obliku kinetičke energije i koristi se u mnogim tehnologijama, poput nuklearnih elektrana za proizvodnju električne energije. Godine 2020. nuklearna energija činila je samo 10% globalne proizvodnje električne energije, iako je jedna od najsigurnijih izvora energije u smislu smrtnih slučajeva po jedinici proizvedene energije. Zašto onda javnost ima rezerve prema korištenju ove tehnologije?
Otkrijmo zajedno kako radi nuklearna elektrana i pogledajmo svaki korak detaljno.
Nuklearne elektrane su ogromne i vrlo složene građevine koje se koriste kao elektrane i proizvode energiju putem nuklearne fisije.
Nuklearna fisija je reakcija u kojoj jezgra teškog elementa raspada oslobađajući veliku količinu energije; reakcija se događa kada se jezgra teškog metala, poput urana-235, bombardira, tj. udari neutronom koji razbija jezgru, oslobađajući tri nova neutrona i energiju. Jedan od tih neutrona apsorbira druga jezgra urana-238 i izgubi se u bilanci, drugi neutron može pobjeći iz sustava, a treći neutron udara drugu jezgru urana-235 koja se raspada oslobađajući dodatne neutrone koji potom udaraju druge jezgre urana-235, stvarajući tako lančanu reakciju.
Ova reakcija je temelj nuklearnog reaktora, koji kontroliranim načinom upravlja raspadom teškog materijala.
Sada pogledajmo kako je izgrađena i kako radi nuklearna elektrana!
Postrojenje je podijeljeno u dva otoka: prvi se zove nuklearni otok, zgrada koja sadrži reaktor, dok se drugi zove konvencionalni otok, gdje se dobivena nuklearna energija pretvara u električnu energiju.
Nuklearni otok se izvana prikazuje kao veliki betonski blok koji izolira reaktor smješten u središtu postrojenja. U reaktoru se nalazi jezgra sastavljena od fisijskog materijala, obično mješavine urana-238 i urana-235. Moderator, obično teška voda ili grafit, koristi se za usporavanje generiranih neutrona, povećavajući vjerojatnost fisije.
U reaktoru su također prisutne metalne kontrolne šipke koje se koriste za hvatanje viška neutrona i umeću se u jezgru kako bi se moderirala snaga reakcije i, ako je potrebno, zaustavio proces u slučaju kritičnosti. Ako bi reakcija dosegnula kritičnu razinu, oslobodila bi se ogromna količina energije koja bi uzrokovala taljenje jezgre, uništavajući zaštitne zidove i raspršujući radioaktivni materijal u okoliš. Fragmenti reakcije usporavanjem stvaraju toplinu koju preuzima tekućina za prijenos topline koja okružuje uranovu jezgru; jednostavnije rečeno, tekućina za prijenos topline djeluje na isti način kao vruća voda u sustavu grijanja s radijatorima, gdje voda nosi toplinu stvorenu kotlom do različitih točaka u prostoriji. Stlačena tekućina za prijenos topline koja dolazi do jezgre ima temperaturu od 290 °C i doseže 320 °C pri tlaku od 15 MPa kako ne bi proključala.
Zagrijana tekućina prolazi kroz generator pare, gdje se stvara zasićena vlažna para; u ovom trenutku prolazi kroz separator vlage koji je pretvara u suhu zasićenu paru i pomoću sustava vodova prenosi se u parnu turbinu smještenu u konvencionalnom otoku pri konačnoj temperaturi od 290 °C i tlaku od 5 MPa. Za održavanje stabilnog tlaka koristi se pritisna posuda. Turbina je pogonski stroj koji koristi toplinsku energiju pare, pretvarajući je u mehanički rad. Turbina zatim, koristeći pretvorenu energiju, pokreće alternator koji se koristi za proizvodnju električne energije; isti se princip koristi u najčešćim elektranama na gorivo, hidroelektranama ili vjetroelektranama.
Kao što smo vidjeli, cijeli proces stvara velike količine pare koje je potrebno kontrolirati nakon što napuste turbinu; hlađenjem para se vraća u tekuće stanje i može se ponovno koristiti u procesu. Ispod turbine je postavljen kondenzator za hlađenje pare i zahvaljujući rashladnoj tekućini ona se pretvara u vodu. Masa vode koja izlazi iz kondenzatora ima vrlo visoku temperaturu i ne može se ispuštati u izvorni spremnik jer bi oštetila ekosustav; zato se preferira izgradnja nuklearnih elektrana u blizini rijeka, jezera ili morske obale, gdje velike količine vode mogu postupno sniziti temperaturu vode iz kondenzatora bez izazivanja štete. Za elektrane izgrađene u unutrašnjosti potreban je zatvoreni rashladni krug; najčešće korišteni sustav su rashladni tornjevi s prirodnom ili prisilnom cirkulacijom, uz pomoć velikih ventilatora.
U reaktoru su također prisutne metalne kontrolne šipke koje se koriste za hvatanje viška neutrona i umeću se u jezgru kako bi se moderirala snaga reakcije i, ako je potrebno, zaustavio proces u slučaju kritičnosti. Ako bi reakcija dosegnula kritičnu razinu, oslobodila bi se ogromna količina energije koja bi uzrokovala taljenje jezgre, uništavajući zaštitne zidove i raspršujući radioaktivni materijal u okoliš. Fragmenti reakcije usporavanjem stvaraju toplinu koju preuzima tekućina za prijenos topline koja okružuje uranovu jezgru; jednostavnije rečeno, tekućina za prijenos topline djeluje na isti način kao vruća voda u sustavu grijanja s radijatorima, gdje voda nosi toplinu stvorenu kotlom do različitih točaka u prostoriji. Stlačena tekućina za prijenos topline koja dolazi do jezgre ima temperaturu od 290 °C i doseže 320 °C pri tlaku od 15 MPa kako ne bi proključala.
Zagrijana tekućina prolazi kroz generator pare, gdje se stvara zasićena vlažna para; u ovom trenutku prolazi kroz separator vlage koji je pretvara u suhu zasićenu paru i pomoću sustava vodova prenosi se u parnu turbinu smještenu u konvencionalnom otoku pri konačnoj temperaturi od 290 °C i tlaku od 5 MPa. Za održavanje stabilnog tlaka koristi se pritisna posuda. Turbina je pogonski stroj koji koristi toplinsku energiju pare, pretvarajući je u mehanički rad. Turbina zatim, koristeći pretvorenu energiju, pokreće alternator koji se koristi za proizvodnju električne energije; isti se princip koristi u najčešćim elektranama na gorivo, hidroelektranama ili vjetroelektranama.
Kao što smo vidjeli, cijeli proces stvara velike količine pare koje je potrebno kontrolirati nakon što napuste turbinu; hlađenjem para se vraća u tekuće stanje i može se ponovno koristiti u procesu. Ispod turbine je postavljen kondenzator za hlađenje pare i zahvaljujući rashladnoj tekućini ona se pretvara u vodu. Masa vode koja izlazi iz kondenzatora ima vrlo visoku temperaturu i ne može se ispuštati u izvorni spremnik jer bi oštetila ekosustav; zato se preferira izgradnja nuklearnih elektrana u blizini rijeka, jezera ili morske obale, gdje velike količine vode mogu postupno sniziti temperaturu vode iz kondenzatora bez izazivanja štete. Za elektrane izgrađene u unutrašnjosti potreban je zatvoreni rashladni krug; najčešće korišteni sustav su rashladni tornjevi s prirodnom ili prisilnom cirkulacijom, uz pomoć velikih ventilatora.
