V polovici dvadsiateho storočia najlepšie mysle ľudstva tvrdo pracovali na dvoch úlohách naraz: na vytvorení atómovej bomby a tiež na tom, ako využiť energiu atómu na mierové účely. Takto sa objavili prvé jadrové elektrárne na svete. Aký je princíp fungovania jadrovej elektrárne? A kde na svete sa nachádzajú najväčšie z týchto elektrární?
História a vlastnosti jadrovej energie
„Energia je hlavou všetkého“– takto sa dá parafrázovať známe príslovie vzhľadom na objektívnu realitu 21. storočia. S každým ďalším kolom technologického pokroku ho ľudstvo potrebuje čoraz viac. Dnes sa energia „mierového atómu“aktívne využíva v ekonomike a výrobe, a to nielen v energetickom sektore.
Elektrina vyrábaná takzvanými jadrovými elektrárňami (ktoré fungujú na veľmi jednoduchom princípe) je široko používaná v priemysle, vesmírnom prieskume, medicíne a poľnohospodárstve.
Jadrová energia je odvetvie ťažkého priemyslu, ktoré získava teplo a elektrinu z kinetickej energie atómu.
Kedy sa objaviliprvé jadrové elektrárne? Sovietski vedci študovali princíp fungovania takýchto elektrární už v 40. rokoch. Mimochodom, paralelne vynašli aj prvú atómovú bombu. Atóm bol teda „pokojný“aj smrtiaci.
V roku 1948 I. V. Kurčatov navrhol, aby sovietska vláda začala vykonávať priame práce na získavaní atómovej energie. O dva roky neskôr sa v Sovietskom zväze (v meste Obninsk v regióne Kaluga) začala výstavba úplne prvej jadrovej elektrárne na planéte.
Princíp fungovania všetkých jadrových elektrární je podobný a nie je vôbec ťažké ho pochopiť. O tom sa bude diskutovať ďalej.
JE: princíp činnosti (foto a popis)
Práca akejkoľvek jadrovej elektrárne je založená na silnej reakcii, ku ktorej dochádza počas štiepenia jadra atómu. Na tomto procese sa najčastejšie podieľajú atómy uránu-235 alebo plutónia. Jadro atómov rozdeľuje neutrón, ktorý do nich vstupuje zvonku. V tomto prípade vznikajú nové neutróny a tiež štiepne fragmenty, ktoré majú obrovskú kinetickú energiu. Práve táto energia je hlavným a kľúčovým produktom každej jadrovej elektrárne
Takto sa dá opísať princíp fungovania reaktora jadrovej elektrárne. Na ďalšej fotke môžete vidieť, ako to vyzerá zvnútra.
Existujú tri hlavné typy jadrových reaktorov:
- vysokovýkonný kanálový reaktor (skrátene RBMK);
- tlakovodný reaktor (VVER);
- reaktor rýchlych neutrónov (FN).
Samostatne stojí za to opísať princíp fungovania jadrových elektrární ako celku. O tom, ako to funguje, sa bude diskutovať.v nasledujúcom článku.
Princíp fungovania JE (diagram)
Jadrová elektráreň funguje za určitých podmienok a v presne definovaných režimoch. Okrem jadrového reaktora (jeden alebo viac) zahŕňa štruktúra jadrovej elektrárne ďalšie systémy, špeciálne zariadenia a vysokokvalifikovaný personál. Aký je princíp fungovania jadrových elektrární? Stručne to možno opísať takto.
Hlavným prvkom každej jadrovej elektrárne je jadrový reaktor, v ktorom prebiehajú všetky hlavné procesy. O tom, čo sa deje v reaktore, sme písali v predchádzajúcej časti. Do tohto obrovského kotla je privádzané jadrové palivo (zvyčajne najčastejšie urán) vo forme malých čiernych peliet.
Energia uvoľnená počas reakcií prebiehajúcich v jadrovom reaktore sa premieňa na teplo a prenáša sa do chladiacej kvapaliny (zvyčajne vody). Treba poznamenať, že počas tohto procesu dostane chladivo aj určitú dávku žiarenia.
Ďalej sa teplo z chladiacej kvapaliny prenáša do obyčajnej vody (prostredníctvom špeciálnych zariadení - výmenníkov tepla), ktorá v dôsledku toho vrie. Vzniknutá vodná para poháňa turbínu. K nej je pripojený generátor, ktorý generuje elektrickú energiu.
Podľa princípu fungovania jadrovej elektrárne ide teda o tú istú tepelnú elektráreň. Jediný rozdiel je v tom, ako sa para vyrába.
Geografia jadrovej energie
Najlepších päť krajín vo výrobe jadrovej energie je nasledujúcich:
- USA.
- Francúzsko.
- Japonsko.
- Rusko.
- Južná Kórea.
Spojené štáty americké, ktoré generujú približne 864 miliárd kWh ročne, produkujú až 20 % svetovej elektriny.
Celkovo 31 štátov na svete prevádzkuje jadrové elektrárne. Zo všetkých kontinentov planéty sú iba dva (Antarktida a Austrália) úplne bez jadrovej energie.
V súčasnosti je na svete v prevádzke 388 jadrových reaktorov. Pravda, 45 z nich už rok a pol nevyrába elektrinu. Väčšina jadrových reaktorov sa nachádza v Japonsku a Spojených štátoch. Ich úplná geografia je uvedená na nasledujúcej mape. Zelenou farbou sú označené krajiny s prevádzkovanými jadrovými reaktormi, uvádza sa aj ich celkový počet v konkrétnom stave.
Rozvoj jadrovej energie v rôznych krajinách
Vo všeobecnosti od roku 2014 došlo k všeobecnému poklesu rozvoja jadrovej energie. Lídrami vo výstavbe nových jadrových reaktorov sú tri krajiny: Rusko, India a Čína. Navyše množstvo štátov, ktoré jadrové elektrárne nemajú, ich v blízkej budúcnosti plánuje postaviť. Patrí medzi ne Kazachstan, Mongolsko, Indonézia, Saudská Arábia a niekoľko krajín severnej Afriky.
Na druhej strane viaceré štáty pristúpili k postupnému znižovaniu počtu jadrových elektrární. Patrí medzi ne Nemecko, Belgicko a Švajčiarsko. A v niektorých krajinách (Taliansko, Rakúsko, Dánsko, Uruguaj) je jadrová energia zakázaná na legislatívnej úrovni.
Hlavné problémy jadrovej energie
S rozvojom jadrovej energie súvisí jeden významný environmentálny problém. Ide o takzvané tepelné znečistenie prostredia. Jadrové elektrárne tak podľa mnohých odborníkov vydávajú viac tepla ako tepelné elektrárne s rovnakým výkonom. Zvlášť nebezpečné je znečistenie termálnou vodou, ktorá narúša prirodzené podmienky života biologických organizmov a vedie k úhynu mnohých druhov rýb.
Ďalšia pálčivá otázka súvisiaca s jadrovou energiou sa týka jadrovej bezpečnosti vo všeobecnosti. Prvýkrát sa ľudstvo vážne zamyslelo nad týmto problémom po černobyľskej katastrofe v roku 1986. Princíp fungovania jadrovej elektrárne v Černobyle sa príliš nelíšil od iných jadrových elektrární. To ju však nezachránilo pred veľkou a vážnou nehodou, ktorá mala veľmi vážne následky pre celú východnú Európu.
Nebezpečenstvo jadrovej energie sa navyše neobmedzuje na možné havárie spôsobené človekom. S likvidáciou jadrového odpadu teda vznikajú veľké problémy.
Výhody jadrovej energie
Priaznivci rozvoja jadrovej energetiky však pomenúvajú aj jasné výhody jadrových elektrární. Tak najmä Svetová jadrová asociácia nedávno zverejnila svoju správu s veľmi zaujímavými údajmi. Počet ľudských obetí sprevádzajúcich výrobu jedného gigawattu elektriny v jadrových elektrárňach je podľa neho 43-krát nižší ako v tradičných tepelných elektrárňach.
Existujú aj ďalšie rovnako dôležité výhody. Konkrétne:
- lacná výroba elektriny;
- čistota životného prostredia jadrovej energie (s výnimkou znečistenia termálnou vodou);
- chýbajúci prísny geografický odkaz jadrových elektrární na veľké zdroje paliva.
Namiesto záveru
V roku 1950 bola postavená prvá jadrová elektráreň na svete. Princípom fungovania jadrových elektrární je štiepenie atómu za pomoci neutrónu. Tento proces uvoľňuje obrovské množstvo energie.
Zdá sa, že jadrová energia je pre ľudstvo výnimočným prínosom. História však dokázala opak. Najmä dve veľké tragédie – nehoda v sovietskej jadrovej elektrárni Černobyľ v roku 1986 a nehoda v japonskej elektrárni Fukušima-1 v roku 2011 – demonštrovali nebezpečenstvo, ktoré predstavuje „mierumilovný“atóm. A mnohé krajiny dnešného sveta začali uvažovať o čiastočnom alebo dokonca úplnom odmietnutí jadrovej energie.
