Ενέργεια & Περιβάλλον

Πώς λειτουργεί ακριβώς η πυρηνική ενέργεια;

Πώς λειτουργεί ακριβώς η πυρηνική ενέργεια;


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Με όλες τις αντιπαραθέσεις σχετικά με τους πυρηνικούς σταθμούς, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι είναι ένα εκπληκτικό τεχνολογικό επίτευγμα. Αλλά πώς ακριβώς λειτουργούν;

Εδώ κάνουμε μια σύντομη περιοδεία γύρω από έναν πυρηνικό σταθμό, και συζητάμε για τους διαφορετικούς τύπους εγκαταστάσεων, καθώς και μερικά από τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της τεχνολογίας.

ΣΧΕΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ: ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΤΟΝ 21ο ΑΙΩΝΑ

Πώς λειτουργεί η πυρηνική ενέργεια και τι είδους υπάρχουν;

Εν ολίγοις, οι πυρηνικοί σταθμοί (πυρηνική σχάση) λειτουργούν αξιοποιώντας τη δύναμη του ατόμου να βράσει νερό, να παράγει ατμό και να στρέψει μια τουρμπίνα για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Στην πραγματικότητα, είναι πολύ εξελιγμένοι λέβητες με προσαρτημένο στρόβιλο.

Φυσικά, υπάρχουν πολλά περισσότερα από αυτά.

Τα κύρια συστατικά ενός πυρηνικού σταθμού είναι, λίγο πολύ, ως εξής (αν και τα σχέδια διαφέρουν):

  • Πυρηνικά καύσιμα (όπως Ουράνιο ή Πλουτώνιο)
  • Πυρηνικός αντιδραστήρας και συντονιστής (μια ουσία που επιβραδύνει τα νετρόνια - όπως γραφίτης ή νερό)
  • Ψυκτικό αντιδραστήρα (συνήθως νερό)
  • Ράβδοι ελέγχου (π.χ. γραφίτης)
  • Σύστημα / δομή ασπίδας ή συγκράτησης
  • Δοχείο πίεσης
  • Γεννήτρια ατμού
  • Γραμμές ατμού
  • Γοβάκια
  • Στρόβιλος ατμού
  • Πύργος ψύξης και συμπυκνωτής

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα εξαρτήματα και η εγκατάσταση μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο του εν λόγω πυρηνικού αντιδραστήρα. Μέχρι σήμερα, οι πιο συνηθισμένοι τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων είναι οι εξής:

  • Αντιδραστήρας υπό πίεση νερού (PWR) - Περισσότερο από65% εμπορικών πυρηνικών αντιδραστήρων στις ΗΠΑ είναι PWRs. Το εργοστάσιο Three-Mile Island ήταν τύπου PWR.
  • Αντιδραστήρας βραστό νερό (BWR) - Περίπου το ένα τρίτο όλων των αντιδραστήρων στις ΗΠΑ είναι BWR. Η Fukushima ήταν αντιδραστήρας τύπου BWR.
  • Αντιδραστήρας βαρέος νερού υπό πίεση (PHWR) - Τα πιο συνηθισμένα στον Καναδά και την Ινδία.
  • Προηγμένος αντιδραστήρας με ψύξη αερίου (AGR) - Οι λεγόμενοι αντιδραστήρες ψύξης αερίου δεύτερης γενιάς που χρησιμοποιούνται κυρίως στο Ηνωμένο Βασίλειο. Αυτά χρησιμοποιούν το διοξείδιο του άνθρακα ως το κύριο ψυκτικό.
  • Αντιδραστήρας με ελαφρά νερά γραφίτη (RBMK) - Σοβιετικά σχεδιασμένοι αντιδραστήρες που είναι παρόμοιοι με τους BWR στο σχεδιασμό, ωστόσο, αντί ενός δοχείου πίεσης που περιβάλλει ολόκληρο τον πυρήνα, κάθε συγκρότημα καυσίμου περικλείεται σε έναν μεμονωμένο σωλήνα για να επιτρέπει τη ροή του νερού ψύξης γύρω από το καύσιμο. Το Τσερνομπίλ ήταν ένας πυρηνικός αντιδραστήρας RBMK.
  • Προηγμένοι αντιδραστήρες - Σε αυτούς περιλαμβάνονται πολλοί νέοι ή πειραματικοί τύποι αντιδραστήρων, όπως μικροί αρθρωτοί αντιδραστήρες (SMR). Πολλά από αυτά δεν χρησιμοποιούν νερό για ψύξη, με μερικά να χρησιμοποιούν υγρό μέταλλο, λιωμένο αλάτι ή ήλιο για τη θέρμανση του νερού στον ατμό.
  • Γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων (FNR) - Αυτοί οι αντιδραστήρες απαλλάσσουν τους συντονιστές και αντ 'αυτού χρησιμοποιούν τα λεγόμενα γρήγορα νετρόνια. Είναι πιο αποδοτικές για την παραγωγή ενέργειας, αλλά είναι πιο ακριβές στην κατασκευή τους.
  • Πλωτοί πυρηνικοί σταθμοί - Εξαιρουμένων των πυρηνικών αντιδραστήρων που βασίζονται σε πλοία, αυτά τα είδη αντιδραστήρων είναι κατασκευασμένα σε μεγάλες φορτηγίδες που τείνουν να αγκυροβολούνται μόνιμα.

Υπάρχουν περίπου 450 εμπορικοί αντιδραστήρες πυρηνικής σχάσης που λειτουργούν σε όλο τον κόσμο. Ενενήντα οκτώ από αυτά βρίσκονται μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες και υποστηρίζεται ότι είναι μία από τις ασφαλέστερες και πιο αποτελεσματικές πηγές ενέργειας στον κόσμο.

Πώς παράγεται βήμα-βήμα η πυρηνική ενέργεια;

Η πυρηνική ενέργεια αξιοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε διάφορα βασικά στάδια. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, σε εμπορικούς αντιδραστήρες, ακολουθεί τα ακόλουθα βήματα, λίγο πολύ.

  1. Τα νετρόνια συγκρούονται με άτομα καυσίμου (συνήθως ουράνιο) και χωρίζονται για να απελευθερώσουν νετρόνια από το άτομο στόχου, τα οποία με τη σειρά τους συγκρούονται με άλλα άτομα καυσίμου, προκαλώντας έτσι αλυσιδωτή αντίδραση.
  2. Αυτή η αλυσιδωτή αντίδραση μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας "ράβδους ελέγχου", οι οποίες απορροφούν μερικά από τα νετρόνια προκειμένου να αποτραπεί το σύστημα να μην ξεφύγει από τον έλεγχο.
  3. Αυτή η διαδικασία αυξάνει γρήγορα τη θερμοκρασία του αντιδραστήρα σε κάπου της τάξης520 βαθμούς Φαρενάιτ (271 βαθμούς Κελσίου).
  4. Σε αυτή τη θερμοκρασία, το ψυκτικό (συνήθως νερό) θερμαίνεται γρήγορα και εξατμίζεται σε ατμό.
  5. Αυτός ο ατμός στη συνέχεια οδηγείται ή αντλείται σε μια μεγάλη τουρμπίνα και παράγεται ηλεκτρισμός.
  6. Αυτή η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για τη λειτουργία του αντιδραστήρα και κατευθύνεται σε ηλεκτρικό δίκτυο για εμπορική κατανάλωση.

Η σχάση δεν είναι ο μόνος τύπος πυρηνικής αντίδρασης. Η ισχύς σύντηξης θα μπορούσε θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί και για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας θερμότητα από αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης. Σε μια διαδικασία σύντηξης, δύο ελαφρύτεροι ατομικοί πυρήνες συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν βαρύτερο πυρήνα, ο οποίος απελευθερώνει ενέργεια. Διάφοροι τύποι πειραματικών αντιδραστήρων σύντηξης έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί, αλλά κανένας δεν είναι επί του παρόντος λειτουργικός. Για πυρηνικούς αντιδραστήρες σύντηξης η διαδικασία θα ήταν ελαφρώς διαφορετική.

  1. Το καύσιμο υλικό (όπως δευτέριο ή αέριο τρίτιο) εγχύεται στον θάλαμο σύντηξης. Για τους αντιδραστήρες Tokamak, αυτό είναι ένα δοχείο κενού σε σχήμα ντόνατ.
  2. Αυτό το μείγμα αερίου στη συνέχεια θερμαίνεται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (100s εκατομμυρίων βαθμών). Οι ακραίες θερμοκρασίες αυτού του μεγέθους επιτυγχάνονται με μια ποικιλία μεθόδων, αλλά ορισμένοι πειραματικοί αντιδραστήρες σύντηξης χρησιμοποιούν μικροκύματα ή άλλες πηγές ενέργειας.
  3. Αυτό αναγκάζει το καύσιμο να ιονιστεί και να σχηματίσει ένα πλάσμα με αρκετή ενέργεια ώστε, ελπίζουμε, να επιτρέψει τη σύντηξη μεταξύ των ατόμων που διατηρούνται σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους. Αυτό λέγεται ευκολότερα από ό, τι γίνεται, καθώς επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία ή κάποια άλλη μέθοδο περιορισμού.
  4. Μόλις επιτευχθεί η σύντηξη, απελευθερώνονται τεράστιες ποσότητες ενέργειας που μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την υπερθέρμανση του ψυκτικού.
  5. Ο ατμός που προκύπτει στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία ενός στροβίλου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ενώ οι ερευνητές μπόρεσαν να επιτύχουν περιορισμένες, περιλαμβανόμενες αντιδράσεις σύντηξης, η διαδικασία έχει υψηλή ένταση ενέργειας. Μέχρι στιγμής, όλοι έχουν επιτύχει αρνητική απόδοση ενέργειας, που σημαίνει ότι είναι ακριβότερο να τρέχουν από ό, τι παίρνουν σε αντάλλαγμα ως παραγόμενη ενέργεια.

Είναι η πυρηνική ενέργεια και η πυρηνική ενέργεια ίδια;

Αυτοί οι δύο όροι, μολονότι φαινομενικά παρόμοιοι, στην πραγματικότητα είναι αρκετά διαφορετικοί στην πράξη.

Ενέργεια είναι "στη φυσική, την ικανότητα να κάνει δουλειά. Μπορεί να υπάρχει σε δυνητικές, κινητικές, θερμικές, ηλεκτρικές, χημικές, πυρηνικές ή άλλες διάφορες μορφές. Υπάρχουν, επιπλέον, θερμότητα και εργασία - δηλαδή,ενέργεια στη διαδικασία μεταφοράς από ένα σώμα σε άλλο. "- Εγκυκλοπαίδεια Britannica.

Εξουσία είναι κάτι λίγο διαφορετικό. "Οι μονάδες ισχύος είναι αυτές της εργασίας (ή της ενέργειας) ανά μονάδα χρόνου, όπως πόδια-λίβρες ανά λεπτό, joules ανά δευτερόλεπτο (ή watt) και ergs ανά δευτερόλεπτο. Η ισχύς εκφράζεται επίσης ως το προϊόν της δύναμης που ασκείται στην κίνηση ένα αντικείμενο και η ταχύτητα του αντικειμένου προς την κατεύθυνση της δύναμης. " - Εγκυκλοπαίδεια Britannica.

Όσον αφορά τη χρήση πυρηνικής ενέργειας και ενέργειας, οι όροι χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά. Υπάρχει όμως μια λεπτή, αλλά σημαντική διάκριση μεταξύ των δύο.

Πυρηνική ενέργεια είναι, από τεχνικής απόψεως, η δύναμη που απελευθερώνεται όταν ένα άτομο χωρίζεται μέσω σχάσης. Αυτό εκφράζεται συνήθως ως megaelectron volts (MeV).

Πυρηνική δύναμη είναι, τεχνικά, η προκύπτουσα εργασία που παράγεται από έναν πυρηνικό σταθμό για ένα δεδομένο χρονικό διάστημα που συνήθως εκφράζεται ως μεγαβάτ (MW) ή gigawatt (GW).

Τι συμβαίνει με την πυρηνική ενέργεια;

Η πυρηνική ενέργεια υποστηρίζεται εδώ και πολύ καιρό ως η απάντηση σε σχεδόν απεριόριστη ενέργεια. Ωστόσο, παρά την πρόθυμη πρόωρη απορρόφηση και την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας, τα τελευταία χρόνια δεν έχει ευνοηθεί.

Μα γιατί?

Ένας από τους κύριους λόγους μπορεί να είναι μια προφανής παρανόηση της τεχνολογίας. Στο μυαλό ορισμένων, συχνά συνδέεται με τα απίστευτα καταστροφικά ξαδέλφια του, τα πυρηνικά όπλα.

Ένα άλλο πρόβλημα με το PR της πυρηνικής ενέργειας είναι τα ελάχιστα, αλλά απίστευτα θεαματικά, πυρηνικά ατυχήματα και περιστατικά που έχουν συμβεί. Αν και η πυρηνική ενέργεια είναι γενικά ένα από τα ασφαλέστερα μέσα παραγωγής ενέργειας, όταν πηγαίνει στραβά, στην πραγματικότητα πηγαίνει λάθος.

Τα ατυχήματα που αφορούν την πυρηνική ενέργεια οφείλονται κυρίως σε ανθρώπινα λάθη, σε φυσικές καταστροφές ή σε ελλείψεις σχεδιασμού. Ταυτόχρονα, η ίδια η τεχνολογία είναι μια από τις πιο ελεγχόμενες, περιβαλλοντικά και ασφαλείς βιομηχανίες στον κόσμο.

Οι προηγούμενες συζητήσεις έφτασαν στο αποκορύφωμά τους κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '70 και του '80 και αφορούσαν κυρίως τον πυρηνικό πολλαπλασιασμό και τους κινδύνους ασφαλείας της βιομηχανίας. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια υπήρξε μια αναζωπύρωση στη συζήτηση σχετικά με το θέμα της αλλαγής του κλίματος.

Ενώ πολλοί έχουν εμπιστευτεί την ανανεώσιμη τεχνολογία για τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής, όσοι υποστηρίζουν την προπυρηνική πλευρά της συζήτησης έθεσαν την υπόθεση ότι η πυρηνική ενέργεια είναι ο καλύτερος τρόπος για την ταχεία απο-ανθρακοποίηση της ενεργειακής μας χρήσης.

Η πυρηνική ενέργεια είναι μια πηγή ενέργειας χωρίς άνθρακα, υψηλής ενέργειας και, παρά τα προηγούμενα ατυχήματα, αναμφισβήτητα ασφαλέστερη από την παραγωγή ενέργειας με βάση το πετρέλαιο. Παρόλα αυτά, εξακολουθεί να είναι δυνητικά επικίνδυνο για τους ανθρώπους και τον πλανήτη.

Επιπλέον, η εξόρυξη και ο εξευγενισμός ουρανίου είναι ενεργειακά εντατική και εξαιρετικά ρυπογόνα, κάτι που θα μπορούσε να αντισταθμίσει τα οφέλη της πυρηνικής ενέργειας. Υπάρχουν επίσης προβλήματα με την ασφαλή αποθήκευση και διάθεση αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου.

Έχει σημειωθεί πρόοδος στην αποθήκευση και την ανακύκλωση πυρηνικών αποβλήτων. Οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας νέας γενιάς επιτρέπουν την ανακύκλωση της συντριπτικής πλειονότητας αυτών των αποβλήτων. Μια άλλη ενδιαφέρουσα στατιστική είναι ότι όλα τα αναλωμένα καύσιμα από κάθε πυρηνικό σταθμό από τη δεκαετία του 1950 θα γεμίζουν μόνο ένα χώρο στο μέγεθος ενός ποδοσφαίρου σε βάθος 9 μέτρα.

Μεγάλο μέρος αυτών των αποβλήτων αποθηκεύεται με ασφάλεια σε αποθήκες υψηλής ρύθμισης και παρακολούθησης. Στις περισσότερες περιπτώσεις,99% αυτών των αποβλήτων παραμένει ραδιενεργός για λιγότερο από 300 χρόνια.

Άλλες ανησυχίες σχετικά με την πυρηνική ενέργεια περιλαμβάνουν το γεγονός ότι είναι δαπανηρό να αναπτυχθεί, πρέπει να οικοδομηθεί κοντά σε μια πηγή νερού (οι SMR ενδέχεται να είναι η εξαίρεση) και ότι απομακρύνει πόρους από την ανάπτυξη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Όπως κάθε συζήτηση για οποιοδήποτε θέμα, θα σας αφήσουμε να καταλήξετε στο δικό σας συμπέρασμα σχετικά με το θέμα. Αλλά αυτό που είναι σαφές είναι ότι, δεδομένης της αυξανόμενης ανησυχίας για την αλλαγή του κλίματος, πρέπει να διεξαχθεί μια δίκαιη και ανοιχτή συζήτηση σχετικά με τα υπέρ και τα κατά της πυρηνικής ενέργειας. Η πυρηνική ενέργεια μπορεί να είναι μέρος της λύσης.


Δες το βίντεο: Real Arc Reactor ionized plasma generator (Νοέμβριος 2022).