Energetyka jądrowa to zdecydowanie jeden z najbardziej kontrowersyjnych i najczęściej poruszanych tematów, w szerokim spectrum problemów energetycznych świata. Temat fizyki jądrowej jest niewyobrażalnie obszerny, ale spróbowaliśmy zmieścić, w tym artykule, zbiór najważniejszych informacji, abyś dowiedział się kilku istotnych kwestii, związanych z rozpadem jądrowym oraz wynikającymi z tych przemian korzyściami energetyczno-ekologicznymi.
Wszystko zaczyna się od atomu.
Atom to nic innego jak najmniejsza część każdego pierwiastka chemicznego. Jest zbudowany ze swojej centralnej części – dodatnio naładowanego jądra atomowego oraz z poruszających się wokół niego ładunków elementarnych o ujemnych ładunkach – elektronów. Możemy ten schemat nieco przybliżyć porównując go do modelu Układu Słonecznego. Jądro będzie niczym innym, jak centralnym Słońcem wokół którego krążą planety po orbitach – w naszym przypadku powłokach elektronowych. Krążąc po takich powłokach wokół jądra atomowego, elektrony tworzą tak zwaną chmurę elektronową. W zależności od tego, jaki ładunek całkowity ma chmura możemy określić, z jakim rodzajem atomu mamy do czynienia – naładowanym dodatnie, ujemnie lub obojętnie.
Przyjrzyjmy się bliżej jądrowi atomowemu. Zbudowane jest z protonów i neutronów, które tworzą razem „nukleony”. Protony mają ładunek dodatni, a neutrony nie ma ładunku. Jądro jest głównym elementem atomu i stanowi ponad 99% jego całkowitej masy, będąc jednocześnie 1/20000 całego atomu.
Możemy mieć również do czynienia z odmianami pierwiastków nazywane izotopami. Takie pierwiastki różnią się od siebie swoją liczbą masową przy zachowaniu takiej samej liczby atomowej. Liczba masowa to wielkość charakterystyczna dla konkretnego pierwiastka określająca ilość neutronów w jądrze, zaś atomowa liczy nam ile jest protonów. Możemy więc uznać, że izotop to po prostu pierwiastek o zmienionej liczbie neutronów.
Rozszczepienie jądra atomowego
Jedna ze szczególnych reakcji dotyczących jądra atomowego to jego rozszczepienie. Dotyczy ona najczęściej jąder izotopów ciężkich pierwiastków, a w skład takich wchodzą między innymi uran, tor, pluton czy neptun. Taka reakcja polega na rozpadzie jądra w stanie wzbudzonym na dwa (czasem trzy lub cztery) inne jądra o podobnej do siebie masie. W wyniku zjawiska rozszczepienia powstają nie tylko nowe jądra, lecz towarzyszy temu również szereg dodatkowych reakcji – emisja nadmiaru neutronów oraz wytwarzanie energii. Rozszczepienie jądra ciężkiego może dokonać się samoistnie, lub można je wymusić bombardując je cząstkami.
Jak z atomu powstaje energia elektryczna?
Skoro wyjaśniliśmy sobie podstawy fizyki jądrowej może czas na zastanowienie się, gdzie i kiedy powstaje energia wykorzystywana później w wszechobecnej energetyce i gospodarce. Energetyka jądrowa, jak również działanie elektrowni atomowej wydaje się z pozoru bardzo skomplikowane. W rzeczywistości jednak schemat jest dość prosty. Wytwarzanie energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych jest bardzo zbliżone do wytwarzania energii w sposób konwencjonalny w elektrociepłowniach. Różnicą jest źródło ogrzewania pary wodnej. W przypadku elektrowni jądrowej produkcja prądu opiera się na napędzaniu turbin parą wodną, która powstała w wyniku ogrzania wody za pomocą rozszczepienia jądra atomowego uranu w reaktorze.
Cały proces możemy podzielić na dwie części. Pierwsza z nich dotyczy przekształcenia energii w paliwie na energii pary sprężonej termodynamicznie. W drugiej energię sprężonej pary przekształca się na energię mechaniczną potrzebną do wytworzenia ruchu obrotowego turbin, które ostatecznie doprowadzają do celu, czyli wytworzenia energii elektrycznej w generatorze.
Najważniejszą częścią każdej elektrowni jądrowej jest reaktor. To w nim ma miejsce cały proces wyzwalania energii z paliwa jądrowego. Przyjrzyjmy się nieco bliżej typom reaktorów, z jakimi najczęściej mieliśmy do tej pory do czynienia, czyli reaktorami termicznymi lekko-wodnymi LWR (Light Water Reactor).
Tego rodzaju reaktory dzielimy na dwa najważniejsze typy:
Reaktor PWR (Pressurized-Water Reactor) – reaktor wodny ciśnieniowy. Jak sama nazwa podpowiada, w reaktorze ciśnieniowym chłodziwem i spowalniaczem jest woda potraktowana ciśnieniem na tyle wysokim, aby woda nie zaczęła wrzeć w reaktorze. W reaktorze PWR praca przebiega w układzie dwuobiegowym. W tym wypadku jeden z obiegów czerpie energię z reaktora i oddaje ciepło do obiegu drugiego.
Reaktor BWR (Boiling-Water Reactor) – reaktor wodny wrzący. Analogicznie, w takim reaktorze woda wrząc tworzy parę wodną i następnie kieruje się do turbiny. Takie urządzenie działa w jednym obiegu.
Jakie aspekty ekologiczne kryje za sobą elektrownia jądrowa?
Choć w ostatnich latach tematyka energii pozyskiwanej z reaktorów nieco ucichła, jest jak najbardziej wciąż aktualna. Co więcej, uważa się, że w obliczu nadchodzącego kryzysu ekologicznego, będziemy coraz chętniej powracać do tematyki energii atomowej. W świadomości społecznej istnieje przekonanie, że elektrownia jądrowa to duże niebezpieczeństwo i kojarzy się wyłącznie z historią elektrowni w Czarnobylu.
Jak jest w rzeczywistości? Warto zacząć od tego, że każdego dnia „po cichu” dotyka nas emisja dwutlenku węgla. Jest to obecnie największy problem, z jakim mamy do czynienia nie tylko w związku z zastosowaniem energetyki konwencjonalnej, ale także w ramach innych branż takich, jak transport, czy przemysł. Pod względem emisyjności CO2 można jednak śmiało stwierdzić, że energetyka jądrowa jest jedną z najczystszych form pozyskiwania energii.
Co więcej, żyjemy w czasach dynamicznego rozwoju wszelkich technologii także w branży atomowej zapewniające innowacje w postaci projektowania nowych generacji reaktorów jądrowych o coraz skuteczniejszych planowych parametrach między innymi z sektora ekonomicznego, jak również w kwestii bezpieczeństwa.
Z drugiej strony, energetyka jądrowa słusznie budzi lekki niepokój. Praca elektrowni atomowej powoduje nic innego, jak odpady promieniotwórcze. Jest to wyjątkowy rodzaj odpadów i można się domyślać, że składowanie ich jest wyjątkowo problematyczne. W zależności od aktywności odpady są inaczej składowane, a warunki ich klasyfikacji, przechowywania, transportu czy utylizacji, a także likwidacji elektrowni są ściśle określone przez przepisy prawne mające na celu szeroko rozumiane bezpieczeństwo jądrowe.
Podstawą prawną w tym obszarze jest ustawa z dnia 29 listopada 2000r. – Prawo Atomowe.
Energetyka jądrowa ma swoje zalety i wady, jednakże czy w obliczu narastających skutków emisji dwutlenku węgla i kryzysu energetycznego, możemy sobie pozwolić na zlekceważenie korzyści płynących z atomu?
Źródło: http://www.gov.pl/web/klimat