Στα μέσα του εικοστού αιώνα, τα καλύτερα μυαλά της ανθρωπότητας εργάστηκαν σκληρά για δύο καθήκοντα: τη δημιουργία της ατομικής βόμβας, αλλά και τον τρόπο χρήσης της ενέργειας του ατόμου για ειρηνικούς σκοπούς. Έτσι εμφανίστηκαν οι πρώτοι πυρηνικοί σταθμοί στον κόσμο. Ποια είναι η αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών; Και πού στον κόσμο είναι ο μεγαλύτερος από αυτούς τους σταθμούς;
Ιστορία και χαρακτηριστικά της πυρηνικής ενέργειας
"Η ενέργεια είναι το κεφάλι όλων" - έτσι μπορεί να αναδιατυπωθεί η περίφημη παροιμία, δεδομένων των αντικειμενικών πραγματικοτήτων του 21ου αιώνα. Με κάθε νέο γύρο τεχνολογικής προόδου, η ανθρωπότητα χρειάζεται όλο και περισσότερους. Σήμερα, η ενέργεια του "ειρηνικού ατόμου" χρησιμοποιείται ενεργά στην οικονομία και την παραγωγή, και όχι μόνο στον ενεργειακό τομέα.
Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στους λεγόμενους πυρηνικούς σταθμούς (η αρχή της οποίας είναι πολύ απλή στη φύση) χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία, στην εξερεύνηση του διαστήματος, στην ιατρική και στη γεωργία.
Η πυρηνική ενέργεια είναι η βαριά βιομηχανία που εξάγει θερμότητα και ηλεκτρισμό από την κινητική ενέργεια ενός ατόμου.
Πότε εμφανίστηκαν οι πρώτοι πυρηνικοί σταθμοί; Η αρχή της λειτουργίας τέτοιων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, οι Σοβιετικοί επιστήμονες μελετούσαν την δεκαετία του '40. Παρεμπιπτόντως, παράλληλα εφευρέθηκαν και η πρώτη ατομική βόμβα. Έτσι, το άτομο ήταν και "ειρηνικό" και θανατηφόρο.
Το 1948, ο I. V. Kurchatov κάλεσε τη σοβιετική κυβέρνηση να ξεκινήσει την άμεση εργασία για την εξόρυξη της ατομικής ενέργειας. Δύο χρόνια αργότερα, στη Σοβιετική Ένωση (στην πόλη Obninsk, στην περιοχή Kaluga) αρχίζει η κατασκευή του πρώτου πυρηνικού σταθμού στον πλανήτη.
Η αρχή λειτουργίας όλων των πυρηνικών σταθμών είναι παρόμοια, αλλά δεν είναι καθόλου δύσκολο να την κατανοήσουμε. Αυτό θα συζητηθεί αργότερα.
NPP: αρχή λειτουργίας (φωτογραφία και περιγραφή)
Η βάση του έργου οποιουδήποτε πυρηνικού σταθμού είναι μια ισχυρή αντίδραση που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της σχάσης ενός ατομικού πυρήνα. Τα άτομα ουρανίου-235 ή το πλουτώνιο συμμετέχουν συχνότερα στη διαδικασία αυτή. Ο πυρήνας των ατόμων διαιρείται με ένα νετρόνιο που εισέρχεται σε αυτά από το εξωτερικό. Στην περίπτωση αυτή, εμφανίζονται νέα νετρόνια, καθώς και θραύσματα σχάσης, τα οποία έχουν τεράστια κινητική ενέργεια. Ακριβώς αυτή η ενέργεια είναι το κύριο και βασικό προϊόν κάθε πυρηνικού σταθμού.
Έτσι μπορείτε να περιγράψετε την αρχή λειτουργίας του NPP του αντιδραστήρα. Στην επόμενη φωτογραφία μπορείτε να δείτε πώς φαίνεται από μέσα.
Διακρίνονται τρεις κύριοι τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων:
- αντιδραστήρα καναλιού υψηλής ισχύος (εν συντομία - RBMK).
- αντιδραστήρα ύδατος-νερού (VVER) ·
- αντιδραστήρα ταχείας νετρονίων (BN).
Ξεχωριστά, αξίζει να περιγραφεί η αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής εν γένει. Ο τρόπος λειτουργίας του θα συζητηθεί στο επόμενο άρθρο.
Η αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής (καθεστώς)
Ένας πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής λειτουργεί υπό ορισμένες συνθήκες και σε αυστηρά καθορισμένους τρόπους. Εκτός από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα (έναν ή περισσότερους), η δομή του πυρηνικού σταθμού περιλαμβάνει άλλα συστήματα, ειδικές εγκαταστάσεις και προσωπικό υψηλής εξειδίκευσης. Ποια είναι η αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών; Μπορεί να περιγραφεί σύντομα ως εξής.
Το κύριο στοιχείο κάθε πυρηνικού σταθμού είναι πυρηνικός αντιδραστήρας, στον οποίο πραγματοποιούνται όλες οι κύριες διαδικασίες. Έγραψα για το τι συμβαίνει στον αντιδραστήρα στο προηγούμενο τμήμα. Το πυρηνικό καύσιμο (συνήθως πιο συχνά είναι ουράνιο) με τη μορφή μικρών μαύρων δισκίων τροφοδοτείται σε αυτόν τον τεράστιο λέβητα.
Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων που πραγματοποιούνται σε πυρηνικό αντιδραστήρα μετατρέπεται σε θερμότητα και μεταφέρεται στο ψυκτικό μέσο (συνήθως νερό). Αξίζει να σημειωθεί ότι το ψυκτικό σε αυτή τη διαδικασία λαμβάνει μια ορισμένη δόση ακτινοβολίας.
Περαιτέρω, η θερμότητα από το ψυκτικό μεταφέρεται σε συνηθισμένο νερό (μέσω ειδικών συσκευών - εναλλάκτες θερμότητας), που ως εκ τούτου βράζει. Ο υδρατμός, ο οποίος σχηματίζεται σε αυτήν την περίπτωση, περιστρέφει τον στρόβιλο. Μια γεννήτρια συνδέεται με την τελευταία, η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Έτσι, σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού, είναι ο ίδιος θερμοηλεκτρικός σταθμός. Η μόνη διαφορά είναι πώς σχηματίζεται ο ατμός.
Γεωγραφία της πυρηνικής ενέργειας
Οι πρώτες πέντε χώρες που παράγουν πυρηνική ενέργεια έχουν ως εξής:
- U.S.
- Γαλλία
- Ιαπωνία
- Ρωσία
- Νότια Κορέα
Την ίδια στιγμή, οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, που παράγουν περίπου 864 δισεκατομμύρια kWh ετησίως, παράγουν μέχρι και το 20% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας.
Συνολικά, 31 κράτη λειτουργούν πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής στον κόσμο. Από όλες τις ηπείρους του πλανήτη, μόνο δύο (Ανταρκτική και Αυστραλία) είναι εντελώς απαλλαγμένες από την πυρηνική ενέργεια.
Μέχρι σήμερα, 388 πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν στον κόσμο. Είναι αλήθεια ότι 45 από αυτούς δεν έχουν παραγάγει ηλεκτρική ενέργεια για ένα και ενάμιση χρόνο. Οι περισσότεροι πυρηνικοί αντιδραστήρες βρίσκονται στην Ιαπωνία και στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η πλήρης γεωγραφία τους παρουσιάζεται στον ακόλουθο χάρτη. Οι χώρες που λειτουργούν πυρηνικούς αντιδραστήρες σημειώνονται με πράσινο χρώμα, σημειώνεται επίσης ο συνολικός τους αριθμός σε μια συγκεκριμένη κατάσταση.
Η ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας σε διάφορες χώρες
Γενικά, από το 2014, σημειώθηκε γενική συρρίκνωση της ανάπτυξης της πυρηνικής ενέργειας. Τρεις χώρες είναι ηγέτες στην κατασκευή νέων πυρηνικών αντιδραστήρων: πρόκειται για τη Ρωσία, την Ινδία και την Κίνα. Επιπλέον, ορισμένα κράτη που δεν διαθέτουν πυρηνικούς σταθμούς σχεδιάζουν να τα κατασκευάσουν στο εγγύς μέλλον. Αυτά περιλαμβάνουν το Καζακστάν, τη Μογγολία, την Ινδονησία, τη Σαουδική Αραβία και ορισμένες χώρες στη Βόρεια Αφρική.
Από την άλλη πλευρά, ορισμένα κράτη έχουν ξεκινήσει μια σταδιακή μείωση του αριθμού των σταθμών πυρηνικής ενέργειας. Αυτές περιλαμβάνουν τη Γερμανία, το Βέλγιο και την Ελβετία. Και σε ορισμένες χώρες (Ιταλία, Αυστρία, Δανία, Ουρουγουάη) η πυρηνική ενέργεια απαγορεύεται σε νομοθετικό επίπεδο.
Τα κύρια προβλήματα της πυρηνικής ενέργειας
Η ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας έχει ένα σημαντικό περιβαλλοντικό πρόβλημα. Αυτή είναι η λεγόμενη θερμική ρύπανση του περιβάλλοντος. Έτσι, σύμφωνα με πολλούς εμπειρογνώμονες, οι πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής εκπέμπουν περισσότερη θερμότητα από τους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς της ίδιας δυναμικότητας. Η θερμική ρύπανση του νερού είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη, η οποία παραβιάζει τις φυσικές συνθήκες διαβίωσης των βιολογικών οργανισμών και οδηγεί στον θάνατο πολλών ειδών ψαριών.
Ένα άλλο πιεστικό ζήτημα που σχετίζεται με την πυρηνική ενέργεια αφορά γενικά την πυρηνική ασφάλεια. Για πρώτη φορά, η ανθρωπότητα έχει σκεφτεί σοβαρά αυτό το πρόβλημα μετά την καταστροφή του Τσερνομπίλ το 1986. Η αρχή της λειτουργίας του πυρηνικού σταθμού του Τσερνομπίλ δεν ήταν πολύ διαφορετική από την αρχή άλλων πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Ωστόσο, αυτό δεν την έσωσε από σοβαρό και σοβαρό ατύχημα, το οποίο είχε πολύ σοβαρές συνέπειες για όλη την Ανατολική Ευρώπη.
Επιπλέον, ο κίνδυνος της πυρηνικής ενέργειας δεν περιορίζεται μόνο στα πιθανά τεχνολογικά ατυχήματα. Έτσι, προκύπτουν μεγάλα προβλήματα με τη διάθεση των πυρηνικών αποβλήτων.
Τα οφέλη της πυρηνικής ενέργειας
Παρ 'όλα αυτά, υποστηρικτές της ανάπτυξης της πυρηνικής ενέργειας καλούν επίσης τα σαφή πλεονεκτήματα της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Έτσι, ειδικότερα, ο Παγκόσμιος Πυρηνικός Σύνδεσμος δημοσίευσε πρόσφατα την έκθεσή του με πολύ ενδιαφέροντα δεδομένα. Σύμφωνα με τον ίδιο, ο αριθμός των ανθρώπινων ατυχημάτων που συνοδεύουν την παραγωγή ενός gigawatt ηλεκτρικής ενέργειας σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής είναι 43 φορές μικρότερος από ό, τι στους παραδοσιακούς θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.
Υπάρχουν και άλλα εξίσου σημαντικά πλεονεκτήματα. Δηλαδή:
- χαμηλό κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ·
- περιβαλλοντική καθαριότητα της πυρηνικής ενέργειας (με εξαίρεση τη θερμική ρύπανση του νερού) ·
- έλλειψη αυστηρής γεωγραφικής αναφοράς των πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας σε μεγάλες πηγές καυσίμων.
