1900-luvun puolivälissä ihmiskunnan parhaat mielet työskentelivät kovasti kerralla kahdesta tehtävästä: atomipommin luomisesta ja myös siitä, kuinka atomin energiaa voidaan käyttää rauhanomaisiin tarkoituksiin. Joten maailman ensimmäiset ydinvoimalat ilmestyivät. Mikä on ydinvoimalaitosten toimintaperiaate? Ja missä päin maailmaa nämä suurimmat voimalaitokset ovat?
Ydinenergian historia ja piirteet
"Energia on kaiken pää" - näin kuuluisa sananlasku voidaan muotoilla uudelleen, kun otetaan huomioon 2000-luvun objektiiviset todellisuudet. Jokaisella uudella teknisen kehityksen kierroksella ihmiskunta tarvitsee yhä enemmän sitä. Nykyään "rauhanomaisen atomin" energiaa käytetään aktiivisesti taloudessa ja tuotannossa, ei vain energia-alalla.
Ns. Ydinvoimaloissa (joiden toimintaperiaate on luonteeltaan hyvin yksinkertainen) tuotettua sähköä käytetään laajasti teollisuudessa, avaruustutkimuksessa, lääketieteessä ja maataloudessa.
Ydinenergia on raskas teollisuus, joka erottaa lämpöä ja sähköä atomin kineettisesta energiasta.
Milloin ensimmäiset ydinvoimalat ilmestyivät? Neuvostoliiton tutkijat tutkivat sellaisten voimalaitosten toimintaperiaatetta 40-luvulla. Muuten, samanaikaisesti, he keksivät myös ensimmäisen atomipommin. Siten atomi oli sekä ”rauhallinen” että tappava.
Vuonna 1948 I. V. Kurchatov kehotti Neuvostoliiton hallitusta aloittamaan suoran työn atomienergian uuttamiseksi. Kaksi vuotta myöhemmin Neuvostoliitossa (Obninskin kaupungissa, Kalugan alue) alkaa planeetan ensimmäisen ydinvoimalan rakentaminen.
Kaikkien ydinvoimalaitosten toimintaperiaate on samanlainen, mutta sen ymmärtäminen ei ole ollenkaan vaikeaa. Tästä keskustellaan myöhemmin.
Ydinvoima: toimintaperiaate (kuva ja kuvaus)
Minkä tahansa ydinvoimalaitoksen työn perusta on voimakas reaktio, joka tapahtuu atomin ytimen fission aikana. Uraani-235-atomit tai plutonium ovat useimmiten mukana tässä prosessissa. Atomien ydin jaetaan neutronilla, joka tulee niihin ulkopuolelta. Tässä tapauksessa ilmaantuu uusia neutroneja, samoin kuin halkeamispalasia, joilla on valtava kineettinen energia. Juuri tämä energia on minkä tahansa ydinvoimalan pää- ja avaintuote.
Joten voit kuvailla reaktorin ydinvoimalan toimintaperiaatetta. Seuraavassa valokuvassa voit nähdä kuinka se näyttää sisäpuolelta.
Ydinreaktorit erotellaan kolmesta päätyypistä:
- suuritehoinen kanavareaktori (lyhyesti sanottuna - RBMK);
- vesi-vesi-reaktori (VVER);
- nopea neutronireaktori (BN).
Erikseen on syytä kuvailla ydinvoimalaitosten toimintaperiaate kokonaisuutena. Kuinka se toimii, keskustellaan seuraavassa artikkelissa.
Ydinvoimalaitosten toimintaperiaate (järjestelmä)
Ydinvoimalaitos toimii tietyissä olosuhteissa ja tiukasti määritellyissä tiloissa. Ydinreaktorin (yksi tai useampi) lisäksi ydinvoimalaitoksen rakenteeseen sisältyy muita järjestelmiä, erityistiloja ja erittäin pätevää henkilöstöä. Mikä on ydinvoimalaitosten toimintaperiaate? Se voidaan kuvata lyhyesti seuraavalla tavalla.
Minkä tahansa ydinvoimalaitoksen pääelementti on ydinreaktori, jossa kaikki pääprosessit tapahtuvat. Kirjoitimme edellisessä osiossa siitä, mitä reaktorissa tapahtuu. Tähän valtavaan kattilaan syötetään pienten mustien tablettien muodossa olevaa ydinpolttoainetta (yleensä useimmiten se on uraania).
Ydinreaktorissa tapahtuvien reaktioiden aikana vapautuva energia muunnetaan lämmöksi ja siirretään jäähdytysnesteeseen (yleensä veteen). On syytä huomata, että tässä prosessissa jäähdytysneste saa tietyn annoksen säteilyä.
Lisäksi jäähdytysnesteen lämpö siirretään tavalliseen veteen (erityisten laitteiden - lämmönvaihtimien kautta), joka seurauksena kiehuu. Vesihöyry, joka muodostuu tässä tapauksessa, pyörii turbiinia. Viimeksi mainittuun on kytketty generaattori, joka tuottaa sähköenergiaa.
Niinpä ydinvoimalan toimintaperiaatteen mukaan se on sama lämpövoimalaitos. Ainoa ero on siinä, miten höyry muodostetaan.
Ydinvoiman maantiede
Ensimmäiset viisi ydinenergian tuottajamaata ovat seuraavat:
- USA.
- Ranska.
- Japanissa.
- Venäjä.
- Etelä-Korea
Samaan aikaan Amerikan yhdysvallat, jotka tuottavat noin 864 miljardia kWh vuodessa, tuottavat jopa 20% maailman sähköstä.
Yhteensä 31 valtiota ylläpitää ydinvoimalaitoksia maailmassa. Kaikista planeetan mantereista vain kaksi (Antarctica ja Australia) on täysin vapaa ydinenergiasta.
Tähän mennessä maailmassa toimii 388 ydinreaktoria. Totta, 45 heistä ei ole tuottanut sähköä puolitoisen vuoden ajan. Useimmat ydinreaktorit sijaitsevat Japanissa ja Yhdysvalloissa. Heiden koko maantieteellinen sijainti on esitetty seuraavalla kartalla. Maat, joissa toimii ydinreaktoreita, on merkitty vihreällä, niiden kokonaismäärä tietyssä tilassa on myös ilmoitettu.
Ydinenergian kehitys eri maissa
Yleisesti ottaen ydinenergian kehitys on vuodesta 2014 lähtien ollut yleistä laskua. Kolme maata ovat johtajia uusien ydinreaktorien rakentamisessa: nämä ovat Venäjä, Intia ja Kiina. Lisäksi monet valtiot, joilla ei ole ydinvoimalaitoksia, suunnittelevat niiden rakentamista lähitulevaisuudessa. Niihin kuuluvat Kazakstan, Mongolia, Indonesia, Saudi-Arabia ja monet Pohjois-Afrikan maat.
Toisaalta, monet valtiot ovat ryhtyneet vähentämään asteittain ydinvoimalaitosten määrää. Näihin kuuluvat Saksa, Belgia ja Sveitsi. Ja joissain maissa (Italia, Itävalta, Tanska, Uruguay) ydinenergia on kielletty lainsäädännöllisellä tasolla.
Ydinenergian pääongelmat
Ydinenergian kehittämisellä on yksi merkittävä ympäristöongelma. Tämä on ns. Ympäristön pilaantumista. Joten monien asiantuntijoiden mukaan ydinvoimalaitokset säteilevät enemmän lämpöä kuin saman kapasiteetin lämpövoimalat. Veden lämpösaasteet ovat erityisen vaarallisia, mikä rikkoo biologisten organismien luonnollisia elinolosuhteita ja johtaa monien kalalajien kuolemaan.
Toinen ydinenergiaan liittyvä kiireellinen kysymys koskee ydinturvallisuutta yleensä. Ihmiskunta on ensimmäistä kertaa ajatellut tätä ongelmaa vakavasti vuoden 1986 Tšernobylin katastrofin jälkeen. Tšernobylin ydinvoimalan toimintaperiaate ei ollut paljon erilainen kuin muiden ydinvoimaloiden. Tämä ei kuitenkaan pelastanut häntä suuresta ja vakavasta onnettomuudesta, jolla oli erittäin vakavia seurauksia koko Itä-Euroopalle.
Ydinenergian vaara ei myöskään rajoitu vain mahdollisiin teknisiin onnettomuuksiin. Ydinjätteen loppusijoituksessa syntyy siis suuria ongelmia.
Ydinvoiman edut
Ydinenergian kehittämisen kannattajat kutsuvat kuitenkin ydinvoimaloiden toiminnan selviä etuja. Erityisesti Maailman ydinliitto ry julkaisi hiljattain raporttinsa erittäin mielenkiintoisilla tiedoilla. Hänen mukaan ydinvoimalaitoksissa yhden gigawatin sähköntuotantoon liittyy 43 ihmistä vähemmän kuin perinteisissä lämpövoimalaitoksissa.
On myös muita yhtä tärkeitä etuja. nimittäin:
- alhaiset sähköntuotannon kustannukset;
- ydinenergian ympäristön puhtaus (paitsi veden lämpösaaste);
- ydinvoimalaitosten tiukan maantieteellisen viittauksen puuttuminen suuriin polttoaineen lähteisiin.
