Nuklearne elektrane za početnike

Ili - Sve što ste oduvek želeli da znate o nuklearnim elektranama a niste imali koga da pitate.

Nuklearna elektarana spada u toplotne elektrane gde se nuklearno gorivo koristi da bi se zagrejala voda do vodene pare koja pokreće turbinu. Turbine na vodenu paru u modernom obliku se koriste još od 1884. godine i izumeo ih je Čarls Parsons. Ipak, prva parna turbina je zabeležena još u prvom veku nove ere i napravio ju je Heron iz Aleksandrije. Nazvao je aelopile. Turbine je delimično usavršio Taqi ad-Din Muhammad ibn Ma'ruf ash-Shami al-Asadi u Otomanskom Egiptu 1515. godine. Sledeći koji je dodao nešto je bio Đovani Branka 1629. godine i Džon Vilkins 1648. godine. To što su oni opisali i napravili i danas se koristi za pokretanje ražnja za pečenje mesa. 1672. godine Ferdinand Verbist je napravio impulsnu turbinu a Džems Vat je 1775. godine napravio reakcionu turbinu a 1807 godine Polikarp Zalesov je napravio turbinu koju i danas koriste vatrogasci. Francuzi Real i Pikon su patentirali impulsnu tribinu.

Čarls Parsons je dodao dinamo mašinu i time postavio temelj savremenih mašina.

Eto, to je skoro sve o turbinama. Nisu nikakvo čudo, niti je nepoznato kako rade. To je sama osnova nuklearnih elektrana.

Istorija nuklearnih elektrana potiče od 21. decembra 1951. godine a već 1954. godine Obninsk nuklearna elektrana je povezana u mrežu u Naučnom gradu koji se nalazi 110 km od Moskve. Sledeći je bio Kalder Hol 1956. godine u Velikoj Britaniji.

Da bi se voda zagrejala koristi se obogaćeni uranijum U-235. Paleti od nekoliko centimetara se stave u šipke i to je nuklearno gorivo. Oni su čvrsti mali valjci. Nema ničega tečnog kako neko voli da predstavi pokušavajući da pokaže kako dolazi do velikog zagađenja. Nema toga.

Delovi elektrane

1. Sistem za gorivo. On se sastoji od dela za čuvanje neupotrebljenog goriva, dela za punjenje reaktora i bazena za hlađenje istrošenog goriva.

2. Reaktor. On se sastoji od kontrole poluga sa gorivom, jonizacione komore u kojoj se meri radijacija i njeni tipovi, kontrolnih poluga kojima se kontroliše reakcija podizanjem i spuštanjem u bazen, sredstva za hlađenje koje je tečno ili gasovito, neutronskog usmerivača koji šalje radijaciju u smeru koji želimo, moderatoru neutrona koji ih usporava, u otrovu za neutrone (tako se zove) koji zaustavlja neutrone i tako sprečava reakcije koje ne želimo, nuklearnom gorivu u šipkama, jezgru reaktora u kome se odvija reakcija, kontroli pritiska i inicijatoru reakcije.

3. Sistem za kontrolu snage. Sastoji se od kondenzatora, tornja za hlađenje, električnog generatora i turbine.

4. Generator pare. Sastoji je od pumpe i generatora pare.

5. Sigurnosni sistemi. Sigurnosni sistem se sastoji od kovčega koji se sastoji od impregniranog betona koji izdržava ogroman pritisak (nije postojao u Černobilju), sistema za hitno hlađenje reaktora koji može da se uključi i kada nema ljudi, sistema za hitno napajanje strujom koji se sastoji od generatora i baterija (Fukušima nisu uključeni jer su bili pod vodom a naređenje je kasnilo, sada automatski), esencijalni vodeni sistem koji predstavlja rezervu vode za hlađenje u dovoljnoj količini da ohladi reaktor, rezervnog sistema za kontrolu tečnosti (uveden nakon Černobilja a modifikovan nakon Fukušime na automatsko uključivanje) i sistema za zaštitu reaktora koji se sastoji od sistema za kontrolu ključanja vode i sistema za kontrolu pritiska koji se sastoji od 8 nezavisnih sistema od kojih se svaki sastoji od nekoliko drugih sistema.

Način rada

Rad elektrane se sastoji u tome da se šipke sa gorivom ubace u bazen reaktora na svoja mesta. Koristi se U-235 koji je za razliku od U-238 daleko reaktivniji i sa njime je moguće postići fisionu reakciju. Tokom raspada U-235 stvara se toplota koja greje vodu u reaktoru koja isparava i ta vodena para pokreće turbinu koja putem dinamo mašine stvara električnu energiju. Ustvari je jako jednostavno. Kako ne želimo da reakcija teče brzo koristimo sve pomenute sisteme za usporavanje i hlađenje. 

Šipke sa gorivom nisu napunjene sa istom količinom U-235 ili se koristi različito obogaćeni U-235 kako bi se ujednačila reakcija u svim delovima reaktora. Jedna trećina šipki se menja na svake dve godine. Moderne elektrane su napunjene gorivom za 40 godina rada. Nema loženja i ubacivanja šipki svaki čas.

Nuklearni otpad

Istrošeno gorivo se prvo hladi u bazenu same elektrane 28 do 30 godina. Nakon toga se odlaže na konačno mesto odlaganja. Hladi se da bi se raspali svi izotopi koji mogu da oštete zdravlje. Ukupna količina nuklearnog otpada iz svih 432 elektrane staje na prostor jednog fudbalskog igrališta. Znači sav nuklearni otpad od 1951. godine do sada staje na prostor jednog fudbalskog igrališta.

Nesreće i sigurnost

Evidentno najveća nuklearna nesreća koja se dogodila je bila u Černobilju 1986. godine. Razlozi su više nego poznati i možemo ih podeliti na konstruktorske (izostanak betonske kupole, kovčega), političke (izostanak kontrolnih grafičkih šipki) i ljudskih (loš komandni lanac). Ukupno žrtava do sada sa umrlima od karcinoma ne prelazi 54 uprkos ogromnom trudu raznih političkih grupacija da izmišljaju razne fantastične priče. Druga najveća nesreća Fukušima. Ukupno jedna žrtva u samoj zgradi reaktora. Greška u konstrukciji zaštitnog zida. Iako je bio predviđen viši zid neko je skratio. Naređenje za isključenje generatora je kasnilo zbog prekida veza. Treća najveća nesreća je bila na 3 milje ostrvu i prošla je bez žrtava.

I pored tih nesreća, nuklearne elektrane su najbezbedniji izvor energije. Ubedljivo najmanje mrtvih po jedinici proizvedene struje.

Cena i izgradnja

Uvek kažu da je najveći problem cena i dužina izgradnje i to je prosto smešno koliko je pogrešno. Za količinu energije izgradnja je najbrža i najjeftinija. Sve ostalo da bi proizvelo tu količinu energije iziskuje duži period i veća ulaganja. Cena se kreće od 4 do 16 milijardi dolara a izgradnja od 6 do 12 godina.

Ovako radi reaktor a ta plava svetlost koja se vidi je jedan od lepih efekata

Poređenje sa obnovljivim izvorima

Najvažnija stavka - carbon footprint ili količina ugljen dioksida koji se izbaci u atmosferu je u rangu sa solarnim panelima i vetrogeneratorima a daleko manje od ostalih izvora. Iskoristivost je skoro 94%, što znači da 94% vremena godišnje proizvodi struju, dok je kod solar/vetro to ispod 20%. Ne proizvodi samo kada se smanjuje potrošnja jer ima dovoljno struje u mreži. Solar/vetro zavise od sunca i vetra i po tome su nepouzdani. Ne postoji dovoljan kapacitet baterija da bi se ta energija sačuvala ako se proivede više, niti će u sledećih sto godina biti moguće da postoji. Ideje sa reverzibilnim veštačkim jezerima je, da ne uotrebim drugi izraz, smešna. Jezero se puni vodom putem pumpi koje se napajaju kada duva vetar ili greje sunce a prazne kada ne duva vetar ili ne greje sunce. I to je navodno rešenje samo da se ne bi gradile nuklearne elektrane. Potpuni promašaj.

Sigurnost od terorističkog napada

Nevezano da li se radi o ratu ili miru, svaki napad na nuklearnu elektranu se smatra terorističkim činom. Užasno je teško probiti zid reaktora. Ali, postoje bombe, ogromne, koje bi to mogle. Šta bi se desilo? Skoro ništa. Nešto malo radioaktivnog materijala bi iscurelo u okolinu i  toliko. Oni koji su u blizini bi bili ugroženi, mada ako neko bombarduje to područje mnogo više su ugroženi od toga nego od radijacije.

Mislim da je jasno zašto su fantazije o osiromašenom uranijumu ništa više sem nečijeg odbijanja da pročita osnovne činjenice. Osiromašeni uranijum je ostatak rude uranijuma iz koje se izvlači U-235.

Tekst je napisan bez komplikovan izraza i bez komplikovanih objašnjenja, nema za cilj da objašnjava išta ljudima koji se bave time. Lišen je brojki i formula. Predstavlja samo pojašnjenje nečega o čemu se mogu čuti uglavnom laži. Ako želite konkretne informacije o snagama, tipovima reaktora i ostalim stvarima, lako ćete ih naći. Napisan je za ljude koji se ne razumeju a žele da saznaju bez komplikovanja. Nadam se da sam uspeo u tome.

Nuklearna energija i radijacija uopšte, predstavljaju temu o kojoj retko može da se čuje istina, uglavnom je sve što se kaže proizvod loše namere ili totalnog neznanja.