Tehnološki razvoj tokom godina omogućio je sticanje znanja o izvanrednim fizičkim principima, poput otkrića rendgenskih zraka koje je revolucioniralo medicinu, Newtonovog rada koji je omogućio Einsteinu da radi na teoriji relativiteta, ili otkrića atoma koje je dovelo do nuklearne fisije.
Sva ta dostignuća uvek su delila mišljenje naučne zajednice, koja je ta otkrića smatrala veličanstvenim, ali istovremeno potencijalno opasnim.
Društvo 21. veka se već godinama pita o otkriću koje je promenilo svet: govorimo o nuklearnoj energiji!
Nuklearna ili atomska energija je energija dobijena iz nuklearnih reakcija i radioaktivnog raspada u obliku kinetičke energije i koristi se u mnogim tehnologijama, poput nuklearnih elektrana za proizvodnju električne energije. U 2020. godini, nuklearna energija je činila samo 10% svetske proizvodnje električne energije, iako je jedna od najsigurnijih izvora energije u smislu smrtnih slučajeva po jedinici proizvedene energije. Zašto onda javnost ima rezerve prema korišćenju ove tehnologije?
Hajde da zajedno otkrijemo kako funkcioniše nuklearna elektrana i da detaljno pogledamo svaki korak.
Nuklearne elektrane su ogromne i veoma složene građevine koje se koriste kao elektrane i proizvode energiju putem nuklearne fisije.
Nuklearna fisija je reakcija u kojoj se jezgro teškog elementa raspada oslobađajući veliku količinu energije; reakcija se dešava kada se jezgro teškog metala, poput urana-235, bombarduje, tj. udari neutronom koji razbija jezgro, oslobađajući tri nova neutrona i energiju. Jedan od tih neutrona se apsorbuje od strane drugog jezgra urana-238 i gubi se u ravnoteži, drugi neutron može pobeći iz sistema, dok treći neutron udara drugo jezgro urana-235 koje se razbija i oslobađa dodatne neutrone, koji zatim udaraju druga jezgra urana-235, stvarajući tako lančanu reakciju.
Ova reakcija je osnova nuklearnog reaktora, koji kontrolisanim načinom upravlja raspadom teškog materijala.
Sada da vidimo kako je nuklearna elektrana izgrađena i kako funkcioniše!
Objekat je podeljen na dva ostrva: prvo se zove nuklearno ostrvo, zgrada koja sadrži reaktor, dok se drugo zove konvencionalno ostrvo, gde se obrađuje dobijena nuklearna energija kako bi se pretvorila u električnu energiju.
Sva ta dostignuća uvek su delila mišljenje naučne zajednice, koja je ta otkrića smatrala veličanstvenim, ali istovremeno potencijalno opasnim.
Društvo 21. veka se već godinama pita o otkriću koje je promenilo svet: govorimo o nuklearnoj energiji!
Nuklearna ili atomska energija je energija dobijena iz nuklearnih reakcija i radioaktivnog raspada u obliku kinetičke energije i koristi se u mnogim tehnologijama, poput nuklearnih elektrana za proizvodnju električne energije. U 2020. godini, nuklearna energija je činila samo 10% svetske proizvodnje električne energije, iako je jedna od najsigurnijih izvora energije u smislu smrtnih slučajeva po jedinici proizvedene energije. Zašto onda javnost ima rezerve prema korišćenju ove tehnologije?
Hajde da zajedno otkrijemo kako funkcioniše nuklearna elektrana i da detaljno pogledamo svaki korak.
Nuklearne elektrane su ogromne i veoma složene građevine koje se koriste kao elektrane i proizvode energiju putem nuklearne fisije.
Nuklearna fisija je reakcija u kojoj se jezgro teškog elementa raspada oslobađajući veliku količinu energije; reakcija se dešava kada se jezgro teškog metala, poput urana-235, bombarduje, tj. udari neutronom koji razbija jezgro, oslobađajući tri nova neutrona i energiju. Jedan od tih neutrona se apsorbuje od strane drugog jezgra urana-238 i gubi se u ravnoteži, drugi neutron može pobeći iz sistema, dok treći neutron udara drugo jezgro urana-235 koje se razbija i oslobađa dodatne neutrone, koji zatim udaraju druga jezgra urana-235, stvarajući tako lančanu reakciju.
Ova reakcija je osnova nuklearnog reaktora, koji kontrolisanim načinom upravlja raspadom teškog materijala.
Sada da vidimo kako je nuklearna elektrana izgrađena i kako funkcioniše!
Objekat je podeljen na dva ostrva: prvo se zove nuklearno ostrvo, zgrada koja sadrži reaktor, dok se drugo zove konvencionalno ostrvo, gde se obrađuje dobijena nuklearna energija kako bi se pretvorila u električnu energiju.
Nuklearno ostrvo se spolja prikazuje kao ogroman betonski blok za izolaciju reaktora koji se nalazi u centru objekta. U reaktoru se nalazi jezgro koje se sastoji od fisibilnog materijala, obično mešavine urana-238 i urana-235. Moderator, obično teška voda ili grafit, koristi se za usporavanje generisanih neutrona, čime se povećava verovatnoća fisije.
U reaktoru se takođe nalaze metalne kontrolne šipke koje se koriste za hvatanje viška neutrona i ubacuju se u jezgro kako bi se moderisala snaga reakcije i, po potrebi, zaustavio proces u slučaju kritičnosti. Ako bi reakcija dostigla kritični nivo, oslobodila bi ogromnu količinu energije koja bi uzrokovala topljenje jezgra, uništenje zidova za zadržavanje i rasipanje radioaktivnog materijala u okolinu. Fragmenti reakcije, dok se usporavaju, proizvode toplotu koja se hvata pomoću prenosa toplotne tečnosti koja okružuje uranovo jezgro; pojednostavljeno, prenosna tečnost deluje na isti način kao topla voda u sistemu grejanja s radijatorima, gde voda prenosi toplotu koju proizvodi kotao do različitih tačaka u prostoru. Kompresovana tečnost za prenos toplote koja stiže do jezgra ima temperaturu od 290 °C i dostiže 320 °C pod pritiskom od 15 MPa, kako ne bi ključala.
Zagrejana tečnost prolazi kroz generator pare, u kojem se stvara zasićena vlažna para; u ovom trenutku prolazi kroz separator vlage koji je pretvara u zasićenu suvu paru, i pomoću sistema cevi se prenosi do parne turbine smeštene na konvencionalnom ostrvu na krajnjoj temperaturi od 290 °C i pritisku od 5 MPa. Za održavanje stabilnog pritiska koristi se pritisna posuda. Turbina je pokretačka mašina koja koristi toplotnu energiju pare i pretvara je u mehanički rad. Turbina zatim pomoću pretvorene energije pokreće alternator koji se koristi za proizvodnju električne energije; isti princip se koristi u najčešćim termoelektranama, hidroelektranama ili vetroparkovima.
Kao što smo videli, ceo proces stvara velike količine pare koju treba kontrolisati nakon što napusti turbinu; hlađenjem para se vraća u tečno stanje i može se ponovo koristiti u procesu. Ispod turbine postavljen je kondenzator za hlađenje pare, i zahvaljujući rashladnoj tečnosti, para se pretvara u vodu. Masa vode koja izlazi iz kondenzatora ima veoma visoku temperaturu i ne može se ispustiti u prvobitni rezervoar, jer bi oštetila ekosistem; zbog toga se preferira izgradnja nuklearnih elektrana u blizini reka, jezera ili morske obale, gde velike mase vode mogu postepeno smanjiti temperaturu vode iz kondenzatora, bez izazivanja štete. Za elektrane koje su izgrađene u unutrašnjosti potreban je zatvoreni rashladni krug; najčešće korišćeni sistem su rashladni tornjevi sa prirodnom ili prinudnom cirkulacijom, uz pomoć velikih ventilatora.
U reaktoru se takođe nalaze metalne kontrolne šipke koje se koriste za hvatanje viška neutrona i ubacuju se u jezgro kako bi se moderisala snaga reakcije i, po potrebi, zaustavio proces u slučaju kritičnosti. Ako bi reakcija dostigla kritični nivo, oslobodila bi ogromnu količinu energije koja bi uzrokovala topljenje jezgra, uništenje zidova za zadržavanje i rasipanje radioaktivnog materijala u okolinu. Fragmenti reakcije, dok se usporavaju, proizvode toplotu koja se hvata pomoću prenosa toplotne tečnosti koja okružuje uranovo jezgro; pojednostavljeno, prenosna tečnost deluje na isti način kao topla voda u sistemu grejanja s radijatorima, gde voda prenosi toplotu koju proizvodi kotao do različitih tačaka u prostoru. Kompresovana tečnost za prenos toplote koja stiže do jezgra ima temperaturu od 290 °C i dostiže 320 °C pod pritiskom od 15 MPa, kako ne bi ključala.
Zagrejana tečnost prolazi kroz generator pare, u kojem se stvara zasićena vlažna para; u ovom trenutku prolazi kroz separator vlage koji je pretvara u zasićenu suvu paru, i pomoću sistema cevi se prenosi do parne turbine smeštene na konvencionalnom ostrvu na krajnjoj temperaturi od 290 °C i pritisku od 5 MPa. Za održavanje stabilnog pritiska koristi se pritisna posuda. Turbina je pokretačka mašina koja koristi toplotnu energiju pare i pretvara je u mehanički rad. Turbina zatim pomoću pretvorene energije pokreće alternator koji se koristi za proizvodnju električne energije; isti princip se koristi u najčešćim termoelektranama, hidroelektranama ili vetroparkovima.
Kao što smo videli, ceo proces stvara velike količine pare koju treba kontrolisati nakon što napusti turbinu; hlađenjem para se vraća u tečno stanje i može se ponovo koristiti u procesu. Ispod turbine postavljen je kondenzator za hlađenje pare, i zahvaljujući rashladnoj tečnosti, para se pretvara u vodu. Masa vode koja izlazi iz kondenzatora ima veoma visoku temperaturu i ne može se ispustiti u prvobitni rezervoar, jer bi oštetila ekosistem; zbog toga se preferira izgradnja nuklearnih elektrana u blizini reka, jezera ili morske obale, gde velike mase vode mogu postepeno smanjiti temperaturu vode iz kondenzatora, bez izazivanja štete. Za elektrane koje su izgrađene u unutrašnjosti potreban je zatvoreni rashladni krug; najčešće korišćeni sistem su rashladni tornjevi sa prirodnom ili prinudnom cirkulacijom, uz pomoć velikih ventilatora.
