1. Scroll
  2. /
  3. Technologia
  4. /
  5. Elektrownie atomowe — jak działają? Podstawowe informacje o elektrowniach jądrowych

Technologia

2 miesiące temu

Elektrownie atomowe — jak działają? Podstawowe informacje o elektrowniach jądrowych

Nauka
3
1
0
3
1

Elektrownie atomowe – remedium na kryzys energetyczny, czy realne zagrożenie dla życia? Czym są i jak działają? Jakie katastrofy związane z pracą elektrowni atomowych miały miejsce do tej pory? Wszystkiego dowiesz się z tekstu.

O istnieniu atomów wiemy już od ponad dwóch tysięcy lat. Późniejsze udowodnienie ich istnienia i wyodrębnienie najmniejszej cząsteczki (elektronu) wywróciło naukę i technologię do góry nogami. Zaczęto stawiać pierwsze reaktory i szeroko debatować na temat ich bezpieczeństwa. Niewyobrażalnie wielkie pokłady energii o dużym potencjale ekologicznym, czy zagrażająca naszemu światu śmiercionośna broń? Temat elektrowni jądrowych wciąż wzbudza ogromne kontrowersje. Skąd się wzięły? Na jakiej zasadzie działają? Jakie niosą za sobą korzyści, a na co powinniśmy uważać?

elektrownie atomowe - Bonn
Elektrownia atomowa w Niemczech (okolice Bonn)

Pierwsza na świecie elektrownia jądrowa i historia energii atomowej — jak do tego doszło?

W roku 1897 Joseph John Thomson odkrywa elektron, za co z resztą dostaję kilka lat później nagrodę Nobla. Zaledwie pół wieku później zostaje uruchomiona pierwsza na świecie elektrownia atomowa – 1954 rok. Powstała w mieście Obninsk, około 100 km od Moskwy, a jej moc wynosiła tylko 5 MW (wat). Natomiast już w roku 1955 w elektrowni jądrowej Shippingport (USA) otworzono próbny reaktor PWR (ang. Pressurized Water Reactor). Wczesna energetyka jądrowa, wbrew pozorom, nie miała na celu produkcji nowych źródeł prądu. Głównym zadaniem nowych reaktorów był rozwój technologii broni jądrowej.

W latach siedemdziesiątych popularność energetyki jądrowej błyskawicznie wzrosła. W skali roku na całym świecie uruchamiano około 20 reaktorów jądrowych. Wszystko szło naprawdę świetnie. Elektrownie działając na wysokich obrotach, były jednocześnie prawie bezawaryjne. Jednak w ciągu kolejnych lat za sprawą dwóch niebezpiecznych awarii w Three Mile Island (1979 r.) i w Czarnobylu (1986 r.) państwa zaczęły kwestionować budowę nowych elektrowni jądrowych i powoli wycofywać się z tego typu inwestycji.

Sytuacja nieco się uspokoiła wraz z wejściem w XXI wiek, a plany wytwarzania energii elektrycznej za pomocą atomów w Europie znów zaczęto brać pod uwagę. Jest to oczywiście związane z pojawiającymi się przed ludzkością nowymi wyzwaniami — nadmierna emisja dwutlenku węgla, błyskawicznie pomniejszające się złoża paliw kopalnianych, a także ciągle rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną. Zmusza nas to do poszukiwania alternatywnych i bardziej wydajnych źródeł energii.

Pierwsza z wielu elektrowni atomowych
Pierwsza elektrownia jądrowa w Obninsku / Źródło: energyglobalnews.com

Działanie elektrowni jądrowych — czym są i jak funkcjonują?

Elektrownie jądrowe działają na zasadzie reakcji rozszczepienia atomów, a najważniejszym dla ich prawidłowego działania zasobem jest wzbogacony izotopami uran. Najbardziej podstawowym wariantem działania oraz powszechnie stosowanym w Europie są reaktory jądrowe PWR. W ich wnętrzu w wyniku rozszczepienia jąder atomowych wytwarzane są ogromne ilości ciepła, które w obiegu pierwotnym trafiają do wody pod bardzo wysokim ciśnieniem. Przepływają przez wytwornicę pary, aby następnie oddać całą zgromadzoną moc cieplną wrzącej wodzie o niższym ciśnieniu (obieg wtórny).

Uzyskana w ten sposób para przechodzi przez system osuszający, aby wyeliminować cząsteczki wody. W przypadku dostania się kropelek H2O do turbiny napędzającej ta mogłaby zostać poważnie uszkodzona. Osuszona para zasila turbinę parową oraz generator reaktora. Tak, w dużym skrócie, wygląda produkcja jądrowej energii elektrycznej. Jednak spróbujmy zobrazować to w jeszcze inny sposób.

Jak i dlaczego kontroluje się proces reakcji łańcuchowej w elektrowni jądrowej?

Za pomocą reakcji rozszczepienia atomów jesteśmy w stanie uzyskać kolosalne ilości mocy energetycznej. Jednak, aby móc cieszyć się energią atomową, należy w pierwszej kolejności ją opanować. Dlaczego nauczenie się kontroli jest tak ważne?

Chicago Pile-1
Chicago Pile-1 – pierwszy na świecie reaktor jądrowy, uruchomiony w 1942 roku / Źródło: wikipedia.org

Jak już pewnie wiesz, praktycznie każda elektrownia jądrowa wykorzystuje jako paliwo jądrowe wzbogacony uran. Wynikiem każdej, pojedynczej reakcji rozszczepienia atomów następuje gwałtowny wychwyt neutronów. Każde rozszczepienie pierwiastka uranu to kolejne trzy neutrony gotowe do napędzania dalszych reakcji. Niektóre z nich za bardzo uciekają, a w rezultacie nigdy nie stykają się z materią rozszczepialną. Część zostaje pochłonięta przez stabilne jądro izotopowe.

Jednak, aby uniknąć wygaszenia reaktorów, jeden na trzy neutrony musi trafić do niestabilnego jądra izotopowego. Konieczne jest również dobranie odpowiedniej masy materiału rozszczepialnego i jego rozmiaru. Zbyt małe ilości także mogą doprowadzić do samodzielnego wygaśnięcia.

Sprawdź: Współczynnik SAR – co to jest? Czy jest niebezpieczny?

Od chwili rozszczepienia się jądra do przechwycenia neutronu przez następne jądro niestabilne, musi minąć określona i kontrolowana ilość czasu. W przypadku, gdy okres reakcji zaczyna niepohamowanie przyśpieszać względem wcześniejszych, istnieje ryzyko wybuchu. Na zasadzie gwałtownie osiągających prędkość neutronów działają dobrze wszystkim znane bomby atomowe.

Budowa reaktora jądrowego — czyli jak elektrownie jądrowe zabezpieczają się przed groźnymi w skutkach wybuchami?

Reaktory jądrowe konstruowane są w specjalny sposób, zgodny z normami bezpieczeństwa. Ich sercem jest rdzeń zawierający elementy paliwowe (pręty) i moderator. Pręty to nic innego jak forma, w jakiej dostarczane jest paliwo do reaktora. Natomiast zadaniem moderatora jest spowalnianie neutronów za pomocą wody, grafitu lub tlenku berylu. Jego zadaniem jest także zwiększenie szans na wyłapanie neutronów.

Za proces przebiegu reakcji odpowiadają pręty kontrolne. Za ich pomocą kontroluje się poziom wychwytywania neutronów, zwiększając lub redukując ilość cząsteczek. Jednym z najważniejszych elementów są pręty bezpieczeństwa. Znajdują się w środku reaktora na wypadek nagłego pogorszenia się sytuacji i utraty kontroli. Podczas zagrożenia zostają umieszczone w rdzeniu, a reaktor zostaje natychmiastowo wyłączony.

Czy elektrownie atomowe to zagrożenie?

Największe katastrofy w dziejach energetyki jądrowej

Do tej pory notujemy cztery główne awarie elektrowni jądrowych. Na pierwszy rzut oka może Ci się wydawać, że jest to nic nieznacząca liczba. Należy jednak pamiętać, że skutki jednego stopionego rdzenia może odczuć duża część ludzkości. Ponadto wywołane w ten sposób szkodliwe napromieniowanie środowiska może utrzymywać się przez setki lat. Przyjrzyjmy się chronologicznie uporządkowanym, najgroźniejszym wypadkom czterech elektrowni atomowych.

Awaria w elektrowni jądrowej Lucens

Rok 1969 przy miejscowości Lucens w Szwajcarii. W eksperymentalnej elektrowni atomowej o niskiej, mocy doszło do uszkodzenia reaktora. Nikt nie zginął ani nie został ranny, czy też poważnie napromieniowany. Jednak wszystkie bariery ochronne zawiodły i uległy zniszczeniu. Przed dużo poważniejszą katastrofą uchroniły nas dopiero ściany jaskini, w której umiejscowiono reaktor.

Zobacz: Odwiert kolski – czy Rosjanie dokopali się do piekieł? Fakty i mity wokół odwiertu SG-3

Wypadek w elektrowni atomowej w Three Mile Island

Najpoważniejsza awaria atomowa na terenie USA. W 1979 roku na sztucznej wyspie Three Mile Island rdzeń w reaktorze nr 2 został częściowo stopiony w wyniku awarii. Tutaj również nikt poważnie nie ucierpiał. Jednak ten incydent miał decydujące konsekwencje społeczno-ekonomiczne. Od tamtej pory przez dłuższy czas nie próbowano już budować nowych elektrowni na terenie Stanów Zjednoczonych, a poparcie opinii publicznej mocno spadło.

Katastrofa w Czarnobylu — eksplozja reaktora

Największa i prawdopodobnie najbardziej znana ze wszystkich czterech awarii. Wszystko wydarzyło się w nocy z 25 na 26 kwietnia 1986 roku. Czarnobylska elektrownia atomowa leży na Ukrainie w pobliżu miasta Prypeć. Przegrzany rdzeń reaktora (blok nr 4) doprowadził do silnego wybuchu, a następnie pożaru, który rozprzestrzenił ogromne ilości substancji promieniotwórczych. Skutki tego zdarzenia były katastrofalne. Skażony został obszar o rozmiarze około 120 – 140 tys. km2, a radioaktywna chmura rozprzestrzeniła się po wszystkich zakątkach Europy.

elektrownie atomowe - katastrofa w Czarnobylu
Elektrownia atomowa w Czarnobylu po wybuchu/ Źródło: eu.usatoday.com

Elektrownia Atomowa Fukushima

Elektrownia atomowa Fukushima nr 1 w Japonii to nie pojedynczy incydent, a cała seria wypadków. Zdarzenia miały miejsce w 2011 roku i były spowodowane tsunami, które powstało w wyniku trzęsienia ziemi. Do stopnienia rdzenia doszło aż w 3 reaktorach. Spowodowało to, dostanie się substancji radioaktywnych do środowiska i skażenie nimi wody morskiej. Niebezpieczne wydarzenia dosięgły również Elektrownię Atomową Fukushima nr 2, ale zdołano zapanować nad sytuacją.

Elektrownie jądrowe — największy zalety i wady

Jak widzisz nie bez przyczyny zdania na temat produkcji energii atomowej i budowy kolejnych reaktorów są tak podzielone. Powyższe cztery przypadki bez wątpienia przyczyniły się do rozłamu społeczeństwa w tej kwestii. Mimo wszystko, przy odpowiednich procedurach i zabezpieczeniach jesteśmy w stanie czerpać niewątpliwe korzyści energetyczne i ekologiczne. Rozważmy zatem wszystkie za i przeciw.

Zobacz: Czym jest egzoszkielet? Wszystko o wspomaganych szkieletach

Elektrownie atomowe i ich plusy

  • Ograniczenie emisji dwutlenku węgla i innych pyłów do atmosfery — wymiana elektrowni węglowych i polegających na eksploatacji paliw kopalnianych i przerzucenie się na elektrownie atomowe;
  • Niskie koszty produkcji — jest nawet o kilkadziesiąt proc. tańsza od innych technologii;
  • Niekończące się źródło energii — w przeciwieństwie do innych, kończących się już alternatyw źródła energetycznego, atomowa moc wystarczy dla całej ludzkości na tysiące lat.

Minusy energetyki jądrowej

  • Wysokie koszty budowy i odnowy — elektrownie są dość drogie w utrzymaniu, tak jak ich budowa, która w dodatku trwa bardzo długo;
  • Ryzyko awarii — wytyczne co do budowy i zabezpieczeń elektrowni są na coraz wyższym poziomie. Nie zmienia to jednak faktu, że pojedynczy błąd możesz nas naprawdę sporo kosztować;
  • Promieniotwórcze odpady -pojawia się tutaj pytanie, jak bezpiecznie je składować, aby te nie skaziły środowiska.

Dyski SSD – najlepsza oferta w sieci

Największe elektrownie jądrowe na świecie

Aktualnie na światowej scenie funkcjonuje około 450 reaktorów jądrowych, a około 50 kolejnych jest w budowie. Największym światowym inwestorem energii atomowej jest zdecydowanie Azja. Jednak, co może się wydać zaskakujące, obecnie największym producentem są Stany Zjednoczone, a zaraz po nich takie państwa, jak Francja i Chiny. Kilka pozycji na liście robi naprawdę spore wrażenie. Oto 7 elektrowni atomowych o największej mocy.

  1. Elektrownia atomowa Kashiwazaki-Kariwa w Korei Południowej (o mocy 7965 MW)
  2. Elektrownia atomowa Bruce w Kanadzie (6384 MW)
  3. Elektrownia atomowa Kori w Korei Południowej (6040 MW)
  4. Elektrownia atomowa Hanul w Korei Południowej (5928 MW)
  5. Elektrownia atomowa Hanbit w Korei Południowej (5875 MW)
  6. Zaporoska Elektrownia Jądrowa na Ukrainie (5700 MW)
  7. Elektrownia Atomowa Gravelines we Francji (5460 MW)

Energetyka jądrowa w Polsce

W latach 1982-1989 na terenie dawnej wsi Kartoszyno trwała budowa Elektrowni Jądrowej Żarnowiec. Jednak polski projekt ze względu na długie protesty i negatywny stosunek mieszkańców, który po katastrofie w Czarnobylu jeszcze dodatkowo się nasilił, nigdy nie został ukończony. Do tej pory Polska nie zbudowała żadnej elektrowni. Czy zatem jest coś nowego w planach?

elektrownie atomowe w Polsce - Żarnowiec
Niedokończona elektrownia jądrowa w Żarnowcu / Źródło: wikipedia.org

Jest, a nawet było już kilkakrotnie. Najnowsze plany i założenia brzmią w następujący sposób:

Budowa pierwszego bloku jądrowego powinna rozpocząć się nie później niż w 2026 roku, a do 2043 roku powinno zostać uruchomionych 6–9 GW mocy. Uruchomienie pierwszego bloku (o mocy 1–1,6 GW) w pierwszej elektrowni jądrowej zaplanowano na 2033 rok. Planowane jest uruchomienie kolejnych pięciu takich bloków, w odstępach 2–3 lat”. – informacje na temat energetycznego planu jądrowego zawarte w rządowym dokumencie „Polityka Energetyczna Polski do 2040 r.”

Na portalu Business Insider znajdziemy treści, które mówią o czterech wytypowanych lokalizacjach. Dwie na Pomorzu niedaleko linii brzegowej, jedna na północ od Konina, a kolejna w okolicach Bełchatowa. Informacje zawarte w treści rządowego dokumentu mówią także o tym, że około 70 proc. wartości będzie realizowana w ramach polskiej przedsiębiorczości, które współpracować będą z centrami naukowymi.

Co z tego wyniknie? Czy Polska podoła postawionym sobie zadaniom? Ciężko stwierdzić. Najbliższe lata powinny przynieść odpowiedź, a więc pozostaje czekać.

3
1

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.