nuklearne elektrane
DESCRIPTION
Nuklearne elektraneTRANSCRIPT
Uvod
U ovom radu govorit ću o u današnje vrijeme najboljim i najisplatljivijim vrstama
elektrana, a to su nuklearne elektrane. Nuklearna elektrana je vrsta termoelektrane koja kao
izvor energije koristi toplinu dobivenu fizijama nuklearnog goriva u (barem jednom)
nuklearnom reaktoru. Kao i u većini ostalih termoelektrana, i kod nuklearnih elektrana se
dobivena toplina koristi za proizvodnju pare koja pokreće parnu turbinu spojenu na električni
generator. Krajem 2011. U svojetu su u pogonu bila 434 nuklearne reaktora u elektranama, a
još ih je 64 u izgradnji. Vjerojatno se pitamo zašto je uopće došlo do gradnje nuklearnih
elektrana. Odgovor je vrlo jednostavan. Svakim danos standard sve više raste te se sve vide
povećavaju potrebe za energijom. Upravo iz tog razloga počele su se graditi nuklearne
elektrane, jer danas je potrebno proizvoditi što je više moguće električneennergije. Nažalost,
dvije milijarde ljudi širom svijetauopćenemaju prostup električnoj energiji. Potrebe ljudi iz
dana u dan sve više rastu. Klasične elektrane poput termoelektrana na fosilna goriva ili
hidroelektrana, ne mogu zadovoljiti te potrebe. One će vjerojatno ostati trend bar do 2020.
Ali nuklearne elektrane mogu zadovoljiti puno veće potrebe za električnom energijom, nego
što to mogu klasične elektrane. Razmatrat ćemo pustupni razvoj nuklearne energetike tj.kako
je uopće došlo do gradnje prvog nuklearnog reaktora, a samim time i prve nuklearne
elektrane. Zatim ćemo se baviti dijelovima elektrane tj.kako iz fisbilnog goriva elektrana
proizvede nama toliko potrebnu električnu energiju. Spomenut ćemo se i nekih loših strana
nuklearnih elektrana odnosno koliki utjecaj one imaju na okoliš a samim time i na čovjekovo
zdravlje. Upravo zbog ovoga utjecaja elektrana na okoliš i na zdravlje ljudi, javili su se
pristaše i protivnici nuklearnih elektrana. Protivnici su se pojavili najviše iz razloga što su se
u svijetu dugodile katastrofe u pogonima nekih poznatih nuklearnih postrojenja. Upravo te
katastrofe su negativno utjecale na okoliš te su utjecale na stvaranje nekih negativnih struja
što se tiče gradnje novih elektrana.
I.Razvoj nukelarne energetike
1.1. Otkriće fizije
Kada govorimo o razvoju nuklearnih elektrana, moramo spomenuti razvojni tok nuklearne
energetike, jer upravo je otkriće lančane reakcije fizije dovelo do gradnje nuklearnih
1
elektrana. Razvoj nuklearne energetike započeo je pionirskim radovime mnogih znanstvenika
u godinama prije drugog svjetskog rata( J.Cury, Hahn, Strassman,Szilard,Fermi I dr.).Ti su
radovi rezultirali ostvarenjem prve samo-održavajuće lančane reakcije 2.prosinca 1942.u
reaktoru izgrađenom na terenu sveučilišta u Chikagu. Grupu istraživača I tehničara na
izgradnji reaktora vodio je poznati fizičar Ernico Ferni. Fizija je otkrivena ubrzo nakon
otkrivanja neutron(čestice bez naboja). Grupa talijanskih fizičara počela je 1934.godine
istraživački program na dobivanju radioizotopa putem bombardiranja neaktivnih materijala
neutronima. Nakon nekoliko godina takvog istraživanja, nevjericu je izazvala irenej.curie
koja je tvrdila da ozračeni uzorci urana osim ostalih sadrže I mnogo lakše elemente, srodne
lantanu I bariju. To se moglo tumačiti jedino cijepanjem(fizijom atoma urana. Nalaz je
početkom 1939.godine potvrđen. Usvajanjem procesa fizije i lančane reakcije čovjek je
ovladao proizvodnjem energije fantastične koncentracije u odnosu na bilo koju kemijsku
reakciju. Proizvedena energija po jedinici mase aktivnog materijala kod tih je reakcija oko
milijun puta veća nego kod najsnažnijih klasičnih eksploziva. Raspolaganje s energijom
velike koncentracije omogućava izgradnju kompaktnih izvora energije koja sadrže malu masu
nuklearnog goriva i čija gradnja traži relativno malo ostalih materijala. Sve to stvara uvijete
za djelotvornu i ekonomičnu primjenu takvih izvora energije u energetici. Danas, nakon više
od 6 desetlljeća od eksperimenta u chikagu, nuklearna energija dosegla je široku primjenu,
posebice u proizvodnji električne energije u nuklearnim elektranama. Razlog tomu je
djelotvorna I ekonomična primjena nuklearne energije u energetici, tj pretvorba te energije u
električnu energiju
1.2. Nuklearno gorivo, usporedba s fosilnim gorivom
Što se tiče nuklearnog goriva, treba uzeti u obzir da je energetski potencijal nuklearnog
goriva najvećim dijeloom namijenjen za proizvodnju toplinske odnosno električne energije.
Kada bi usporedili fosilna goriva I nuklearno gorivo, gledano sa stajališta energetike,
relativno značenje nuklearnog goriva mnogo je veće nego ono koje proizilazi iz odnosa
energetskih potencijala fosilnih I nuklearnih goriva.
Nulearni reaktori koji neusporedivo djelotvornije iskorištavaju fizijski material brzi su
oplodni reaktori. Ti su reaktori danas potpuno tehnički razvijeni I nalaze se u pogonu u
nekoliko zemalja svijeta( Francuska, Velika britanija, Rusija, Njemačka…). Brzi oplodni
reaktori u kombinaciji s termalnim reaktorima mogu izvanredno povećati energetski
2
potencijal fisbilnog materijala. Brzi reaktori mnogo djelotvornije iskorištavaju energetski
potencijal urana I torija, a nuklearne elektrane s takvim reaktorom imaju vrlo malo učešće
cijene urana u proizvedenoj cijeni energije. Nisko učešće cijene nuklearne energetske
sirovine u cijeni proizvedene energije znatno povećeva njezine ekonomski iskoristive zalihe.
Rezultati analiza raznih autora I institucija pokazuju da je energetski potencijal nuklearnog
goriva (uran I torij) uz optimizirano I kombinirano korištenje termalnih I brzih reaktora u
energetskom sustavu nekoliko stotina puta veći nego onaj što ga mogu osigurati neki drugi
izvori energije, primjerice ugljen.
Bitno je nevesti činjenicu da su za nuklearnu energetiku u budućnosti pored zaliha urana,
važne I zalihe torija. Izvor nuklearne energije, koji se prema današnjim spoznajama može
smatrati konačnim I praktički neograničenim, je energija kontrolirane fuzije lakih jezgara
(deuterij-tricij, odnosno deuterij-deuterij). Taj izovr energije(koji se inače kontinuirano
oslobađa na suncu I zvijezdama) danas je u fazi tehničkog razvoja. Grube procjene
raspoloživih količina energetskog potencijala kod sirovina za termonuklearnu fuziju
pokazuju da su one barem tri reda veličine veće od onih koji se mogu osloboditi u procesima
nuklearne fizije.
II. Nuklearne reakcije
1.1. Uvod u nuklearne reakcije
Nukelarne reakcije su procesi u jezgri zbog kojih se mijenaj ili struktura ili energija jezgre.
Događaju se interakcijom “jezgre mete” I čestice projektila (jezgra, proton, electron ili neka
druga čestica). Ako je čestica projektil jezgra ili proton onda je prepreka nuklearnoj reakciji
snažna odbojna coulonova sila tj. Električna barijera. Ako je čestica projektil neutron onda
nema električne barijere I nuklearna reakcija se sigurno događa. Nuklearne reakcije se
događaju u skladu sa temeljnim zakonima očuvanja u prirodi :
-zakon očuvanja količine gibanja (p1+p2=p1’ + p2’)
-zakon očuvanaj energijei mase(E+mc2=E’+mc2)
-zakon očuvanja naboja
-zakon očuvanja nukleona
Dvije su najvažnije nuklearne reakcije: fizija I fuzija
3
1.2. Nukelarna fuzija
Nuklearnu fuzija je naziv za nuklearnu reakcciju u kojoj se najmanje dvije jezgre manje
mase spajaju u jezgru veće mase npr.prirodni izvor energije sa Sunca I zvijezda je fuzija 4
vodikove jezgre u jezgru helija., a pri tom se oslobode 2 anti-elektrona-pozitrona, dva neutron
i energija.
Ovaj process ne može se reproducirati ni pod kakvim uvijetima.
Lakše ostvariv proces fuzije bio bi između deuterija i tricija. Ovaj proces za sada nema
praktičnu primjenu jer je za svladavanje električne barijere potrebna jako visoka
temperature,npr 108°C,a to znači jako visok utrošak energije, pa proces ne bi bio isplativ.
Fuzija pri jako visokim temperaturama je termonuklearna fuzija. Znanost nastoji pronaći tvari
koje bi poput katalizatora omogućile približavanje jezgara na domet jake nuklearne sile I
ostvarivanje fuzije bez grijanja goriva tj.omogućile bi hladnu fuziju. Zna se da će u
budućnosti najčišći način dobivanja energije biti fuzija između vodika I bora.
REAKCIJA
Prednosti fuzije:
-gorivo jeftinije I ima ga u neiscrpnim količinama
-može se popotrebi dodavati
-nema radioaktivnog otpada
Fuzija je proces budućnosti, odnosno, još nije usavršen, pa ćemo se zbog toga zadržati na
fiziji, jer je upravo fizija značajna za dobivanje energije u nukelarnim elekranama.
1.3. Nuklearna fizija
To je najvažnija nuklearna reakcija za praktično korištenje nuklearne energije. Važnost
fizije za nuklearnu energetiku zasniva se na dvije činjenice:
-u fiziji se oslobađa znatna količina energije jer fizijski produkti imaju veću energiju veze od
jezgre koja se cijepa. Kod nuklida U-235 oslobođena energija iznosi približno 200 MeV po
fiziji.
-fiziju prati emisija neutron koji mogu inicirati nove fizije. Ovom je omogućena tzv.lančana
reakcija odnosno nuklearni proces koji se sam podržava.
Nuklearna fizija je naziv za nuklearnu reakciju u kojoj se jedna teška jezgra cijepa ili dijeli na
dvije lakše jezgre međusobno bliskih masa. Proces je popraćen oslobađanjem nekih čestica I
4
energije. U odnosu na nuklearnu dolinu možemo reći da je fizija process spuštanja niz desnu
padinu nuklearne doline.
Promatrat ćemo fiziju urana izazvanu neutronom tj.235U + n → Ba + Kr +3n
U ovom procesu je oslobođena energija
∆E=∆mc2=174MeV
Mehanizam fizije također se može tumačiti modelom jezgre u obliku kapljice tekućine.
Energija unešena u jezgru unosi poremećaj u ravnotežu sila koje djeluju unutar jezgre što
dovodi do deformiranja jezgre. U jezgri, prema tom modelu, djeluje sila površinske napetosti
koja nastoji jezgri dati kružni oblik I odbojna sila između protona u jezgri. Ako je površinska
sila dovoljno jaka jezgra se vraća u kružni oblik I izbacuje suvišnu energiju u obliku gama
zračenja. Međutim, kod teških jezgara sa velikim brojem protona I jakim odbojnim silama,
deformacija jezgre može dovesti do razbijanja jezgre na dva dijela, tj.fizije atoma. Faze fizije
su prikazane na slici.
.
Slika. Faze fizije jezgre atoma urana.
U svakoj fiziji jezgre urana oslobađa se po nekoliko neutrona. Ako se neki od tih oslobođenih
neutrona naleti na naku drugu jezgru U-235, nastaje nova fizija pri kojoj se oslobađa nakoliko
neutrona. Zahvaljujući tome može nastati lančana fizija, a svaka fizija izaziva nove fizije.
Ako je prisutan dovoljno velik broj jezgara urana U-235, gotovo svi neutron nastali fizijom
mogu izazvati nove fizije, pa počinje lančana fizija, Taj process možemo prikazati shematski:
5
Slika
Kontrolirana lančana fizija događa se u nuklearnom reaktoru. Pri tom je bitno:
-Udio urana U-235 u nuklearnom gorivu mora biti jako malen(oko 3%), tako da nikako ne
može doći do nuklearne ekslozije.
-podešavanje procesa kontrolnim šipkama. Kad se broj lančanih fizija želi povćati, te se šipke
izvuku iz reaktora, a kad se želi smanjiti spuštaju se u reaktor. Kontrolne šipke napravljene su
od materijala koji snažno upija neutron pa time smanjuje broj slobodnih neutrona koji
izazivaju fiziju. Zato se spuštanjem kontrolnih šipki u reaktor prigušuje process lančane
fizije.
-neutron učinkovitije izaziva fiziju što je sporiji. Zbog toga su važni usporivači neutron
Nedostaci fizije su:
-cijena goriva je visoka
-ne može se gomilati I po potrebi dodavati jer je velika radioaktivnost
-problem je radioaktivni otpad
6
III. Princip rada nuklearne elektrane
3.1. princip rada nuklearne elektrane
Princip rada nuklearne elektrane možemo pojednostavljeno objasniti kroz ovu sliku.
Slika
Na slici je prikazan nuklearni reaktor I primarni rashladni krug koji predaje toplinsku
energiju sekundarnom parnom ciklusu. Reaktor I primarni rashladni krug zatvoreni su u
zaštitnoj posudi radi osiguravanja okoline. U sekundarnom rashladnom krugu toplinska
energija pretvara se. posredstvom parne turbine, u mehanički rad, baš kao I kod
termoelektrana.
Bez obzira na vrstu rashladnog sredstva reaktora,u današnjim se nuklearnim elektranama
električna energija pretvara u toplinsku uz pomoć Rankine-ova kružnog procesa voda-vodena
para. U većini nuklearnih elektrana vodena para potrebna za pogon turbine dobiva se
hlađenjem rashladnoh sredstva reaktora u parogeneratorima(izmjenjivačima topline). U
manjem broju neklearnih elektrana para se dobiva izravno u reaktoru.
7
IV. Dijelovi nuklearne elektrane
Nuklearnu elektranu možemo podijeliti na više važijih dijlova. Kao prvo navest ćemo
nuklearni reaktor u kojem se nalazi fisbilno gorivo, moderator I kontrolne šipke. Važan dio
elektrane je I zaštitni sloj oko reaktora koji sprječava prodiranje radijacije-zračenja van
reaktora, zatim rashladna sredstva, turbine I generator.
4.1. Nuklearno gorivo
Što se tiče iskorištavanja nuklearnog goriva u energetici, podrazumijeva se korištenje energije
fizije atoma urana ili plutonija. Oslabađanje energije fizije odvija se u specifičnim
postrojenjima koji se nazivaju nuklearni energijski reaktori. Glavni dio nuklearnog reaktora
jeste jezgra u kojoj se nalaze: nuklearno gorivo(najčešće izrađeno od šipki urana i/ili
plutonija), moderator ili usporivač neutrona(npr.voda,teška voda, mješavina vode, vodene
pare, plin, tekući metal ili grafit) I kontrolne šipke-deblja I tanja, za grubo I fino podešavanje
procesa. Što se tiče moderator,on se kod većine današnjih reaktora može poistovjetiti s
rashladnim fluidom. Oko jezgre se nalazi reflektor koji izbačene neutrone vraća u jezgru. Sve
je ovo dobro zaštićeno debelim slojem betona ili olova kako bi se spriječila radijacija
tj.zračenje. fizijom atoma goriva nastaju brzi neutroni tj,atomi velike energije. Ako je reaktor
takad da nastavlja reakciju koristeći brze neutron tada govorimo o brzom reaktoru. Međutim,
većina reaktora koji su danas u uporabi su termički reaktori. Oni usporavaju neutron pomoću
moderator. Usporavanje neutron se još zove I termilizacija, a usporeni neutron termički.
Prema vrsti reaktore možemo podijeliti na:
-BWR(Boiling water reactor)
-PWR(Pressuirizes Water Reactor)
-LMFBR(Liquid-Metal Fast-Breeder Reactor)
-HWR
-GCR
-HTGR
Oslobođena energija u fizijama urana I plutonija u materijalu reaktora se pretvara u toplinsku
energiju. Ta se energija akumulira u materijalima reaktora(najviše u samom nuklearnom
gorivu). Ta toplinska energija povisuje temeraturu reaktora. Ta bi temperature brzo oštetila pa
čak I otopila material nuklearnog goriva,ako se ne bi osiguralo djelotvorno hlađenje. Budući
8
da oštećenja mogu ugroziti okoliš jer može doći do ispuštanja radioaktivnih tvari, hlađenje
nuklearnog reaktora ima presudno značenje za sigurnost nuklearnog postrojenja.
S druge strane, energija koja je odvedena rashladnim fluidom iz reaktora, upravoj je ona
energija koju iskorištavamo u energetici. Temperature koju postiže rashladno sredstvo ovisi o
izvedbi I namjeni reaktora I materijalima od kojeg je građen. Dakle, korištenje nuklearne
energije uenergetici svodi se na iskorištavanje toplinske energije rashladnog sredstva
reaktora.
Takvo se korištenje u biti zasniva na istom principu kao I korištenje toplinske energije vrelih
plinova koji nastaju u ložištima pri izgaranju fosilnih goriva. Zbog toga je nuklearna
elektrana u osnovi termoelektrana, koja umjesto korištenja toplinske energije što se stvara u
ložištu kotla, koristi toplinsku energiju rashladnog kruga reaktora.
4.2. Parna turbina
Parne turbine koje se koriste u nuklearnim elektranama vrlo su slične onima koje se koriste u
klasičnim termoelektranama na ugljen. Ako elektrana ima snagu veću od stotinjak MW, onda
ćeona imati više parnih turbine. Parne turbine nalaze se na zajedničkoj osnovi, a razlikuju se
po tlaku pare. Para iz parogeneratora ima talk od oko 60 bar kod tlakovodih reaktora, a kod
reaktora s vodom koja ključa para ima tlak od oko 150 bar. Pare iz ova dva generator ulaze u
visokotlačnu turbine. Nakon što para prođe kroz visokotlačnu turbinu, njezin tlak je znatno
niži. Iz pare se, prije ulaska u niskotlačnu turbinu, dodatno odvaja vlaga kako bi se sprječila
oštećenja lopatice turbine. Niskotlačne turbine su dimenzijama veće od visokotlačnih. Ovisno
o snazi elektrane postojat će više niskotlačnih turbine, a može se uvisti I srednja razina tlaka
sa srednjotlačnim turbinama.
4.3. Parogenerator
Parogenerator se nalazi u nuklearnim elektranama s tlakovodnim reaktorima. U takvim
elektranama se void ne dopušta ključanje u reaktoru. Pošto je potrebno proizvesti paru za
korištenje parnih turbine, tok vode se dijeli u dva kruga: primarni I sekundarni. Primarnim
krugom teče voda koja tuplinu proizvedenu fizijama odvodi iz reaktora I predaje je
sekundarnoj void u parogeneratoru. Na sekundarnoj se strain vodi dozvoljava isparavanje što
se postiže nižim tlakom sekundarnog kruga. Nastala para vrti rotator parnih turbina. U
parogeneratoru se odvija predaja topline iz primarnog u sekundarni krug I isparavanje
9
sekundarne vode. U donjem dijelu parogeneratora nalazi se nekoliko tusuća U-cijevi kroz
koje teče primarna voda. Oko U-cijevi teče sekundarna voda koja s njim uzima toplinu. Para
koja nastaje vrenjem sekundarne vode odlazi prema gornjem dijelu parogeneratora. Tu se
nalaze odvajači vlage. Oni osiguravaju dau pari koja odlazi nema kapljica tekuće vode.
Parogeneratori su jako velike komponente, koje teže preko stotinu tona I visoke su
dvadesetak metara. Nuklearna elektrana će imati određen broj reaktora ovisno o snazi. Može
se reći da na svakih tristotinjak MW snage elektrane dolazi po jedan parogenerator. Pošto su
nuklearne elektrane uvij velike snage, obično ćeimati dva parogeneratora.
4.4. Električni generator
Elekrični generator koji su u upotrebi u nuklearnim elektrannama su najčešće 4-polni sinkroni
generatori. Električna snaga današnjih nuklearnih elektrana iznosi od 500 do 1500 MW po
reaktoru. Na lokaciji uklearne elektrane se može nalaziti više reaktora, a na svaki reaktor
dolazi po jedan generator.
4.5. Ostali dijelovi nuklearne elektrane
Kondenzator je izmjenjivač topline u kojem se para koje je prošla kroz turbine kondenzira.
Tako se para može vratiti u parogenerator I zatvoriti sekundarni krug. Kondenzator se sastoji
od dva dijela, od koji jedan pripada sekundarnom, a drugi tercijarnom krugu. Nakon što para
svoju energiju preda u turbinu,ona je već djelimično kondenzirana, a tlak joj je manji od
atmosferskog. Na taj se način iz pare izvlači maksimalna količina energije tj.poveća se factor
iskorištenja energije. Takva mokra para ulazi u sekundarni dio kondenzatora. Tercijarnim
dijelom teče voda iz obližnje rijeke ili mora koja preuzima preostalu toplinu I odvodi je iz
elektrane.
U primarnom krugu se nalaze I rashladne pumpe. Primarne pumpe su pogonjene na motor
snage oko 6 MW , te se u njima voda koje je ohleđena u parogeneratoru vraća natrag u
reaktor.
Osim rashladnih pumpi, tu su I sekundarne pumpe. One imaju jednake uloge kao I one u
termoelektranama na ugljen I naftu. Uloga imje pumpanje vode iz kondenzatora u isparivač.
Manje su pumpe pomične, te ne sudjeluju izravno u ciklusu kojim se proizvodi električna
energija.
10
V. Utjecaj nuklearnih elektrana na okoliš
5.1. Utjecaj elektrana na životnu sredinu
Svi energetski objekti više ili manje utječu na promjenu životne sredine.da bi se utvrdilo
koliku štetu određeni objekt nanosi okolišu, trebaju se izvesti izvesti komparativne analize.
Kod analize treba uvažiti ne samo izravni utjecaj postrojenja na okoliš(ispuštanje štetnih tvari
iz postrojenja,mogućnost kvarova I katasrofalnih događaja, zbrinjavanje otpada I dr.) nego I
kolika se šteta nanosi okolišu pri proizvodnji materijala od kojeg će se postrojenje graditi,
zatim, zahvate na okolini u toku gradnje,utjecaj na okolinu pro dobivanju I preradi
energetskog goriva, te zbrinjavanje otpadnog materijala svih vrsta.
Analizu eksernih troškova energijskog lanca nuklearne elektrane izvršili su francuski
stručnjaci, jer oni imaju iskustva sa svim elementima energijskog nuklearnog lanca. Kod
nuklearnih elektrana u eksterni trošak ulaze I štete uzrokovane velikim kvarovima. Ulazni
podaci za proračun su proizvedena energija od kvara do kvara I mogući broj žrtava zbog
kvara.Zbog vrklo male vjerojatnosi velikog kvara s ozbiljnim radiološkim
posljedicama( jedan slučaj u 106 i 107 godina po reaktoru), te je proizvedena količina energije
između dva sukcesivna kvara veoma velika pa je iznos štete po jedinici proizvedene energije
vrlo malen.utjecaj energijskog lanca na okoliš treba računati za cijlo vrijeme trajanja
posljedica gradnje I pogona objekta. Budući da je u slučaju nuklearnog energijskog lanca
visokoradioaktivni otpad ima dugo vrijeme djelovanja procjena utjecaja tog energijskog lanca
na okoliš jeizvršena za razdoblje od 100 000 godina.
5.2. Radioaktivni otpad
Mjesečno se u svakom nuklearnom reaktoru proizvede 20-30 tona otpada visoke razine.
Predložene su neke metode uklanjanja otpada. Jedna od tih metoda je ukopavanje u velike
dubine u stabilne geološke strukture, zatim transmutacija I odlaganje u svemir. Svaka od tih
metoda zahtijeva dulje vrijeme za provođenje, trenutno se koristi privremeno skladištenje.
Nuklearno gorivo se nema gdje zbrinuti, neki nuklearni reaktori ne proizvodi otpad koji
sadrži dugotrajne radioaktivne izotope, nego spaljuje te izotope iz drugih reaktora preko
preobrazbe u elemente s niskom radioaktivnošću. Osim otpada visoke razine, nuklearne
elektrane proizvode I otpad niske razine. U otpad niske razine ubrajamo plin, tekućinu I kruti
11
otpad proizveden kroz process pročišćavanje vode isparavanjem. Tekući otpad se prerađuje
kontinuirano, plin se filtrira, razrjeđuje, zatim ispušta. Stopa po kojoj je to dopušteno je
strogo regulirana, a studije moraju dokazati da sve ide do granica dozvoljenog. Nuklearne
elektrana kao nusprodukt svoga sustava za kontrolu ispušta I radioaktivne plinove. Ljudi koji
žive do 80km od nuklearnih elektranan primaju oko 0.01 milirema godišnje, a prosječna
osoba koja živi uz more primi najmanje 26 milirema od kozmičkog zračenja. Osim
redioktivnih plinova I vode, nuklearna elektrana ispušta I neke radioaktivne izotope kao što
su bor I tricij. Određena količina ozračenog bora izađe iz elektrane jer se krajem svakog
radnog ciklusa reaktori pod tlakom smanjujuu količinu bora u primarnom sustavu za
hlađenje. Tricij je radioaktivni izotop vodika koji emitira beta čestice niske energije. Tricij iz
elektrane izlezi u vodi jer ostaje otopljen u njoj. Tricij je najmanje opasan je relativno brzo
napušta tijelo I emitiras vrlo slaba zračenja. Još jedan primjer kako nuklearne elektrane
zagađuju okoliš jest taj kako se dolazi do nuklearnog goriva. Rudnici za vađenje urano
koriste puno vode. Prosječna nuklearna elektrana troši oko 150 milijuna litara vode na dan.
5.3. Nesreće u nuklearnim elektranama
Trebamo se upuznati sa opasnosti od kvarova na nuklearnim energetskim postrojenjima I radi
toga ćemo razmotriti uzroke I posljedice do danas najvećih nesreća na tim postrojenjima. Na
nuklearnim elektranama u svijetu su se do danas dogodile dvije velike nesreće koje su
rezultirale oštećenjem jezgre i ispuštanjem radioaktivnih tvari u okoliš. To su kvarovi na
nuklearnim elektranama “ Otok tri milje” u SAD i “Černobilj” u Ukrajini. Za generaciju
modernih nuklearnih elektrana moderiranih vodom relevantan je samo kvar na elektrani Otok
tri milje.
12
Elektrana Otok tri milje u Harrisburgu u SAD ima tlakovodni reaktor s dvije rashladne petlje.
Oštećenje jezgre 1979. godine rezultiralo je iz niza nesretnih okolnosti u kojima su se
događale pogreške na opremi i pogreške operatera. Posljedica nesreće bila je parcijalno
oštećenje jezgre (rastalila se približno trećina jezgre). Doza zračenja izvan elektrane tijekom
nesreće nije prelazila razinu koja bi ugrožavala lokalno stanovništvo. Rezultati brojnih
zdravstvenih studija pokazali su da dugoročnih posljedica po zdravlje stanovništva u okolici
elektrane nema. Kako bi se ubuduće spriječili ovakvi neželjeni događaji, u nuklearnim
elektranama širom svijeta uvedena su značajna poboljšanja. Radovi na uklanjanju rastaljene i
teško oštećene jezgre započeli su u listopadu 1985. nakon gotovo šest godina priprema i
trajali su nešto više od četiri godine. Posebno projektirani spremnici s ostacima jezgre
otpremljeni su specijalnim vlakom u istraživački centar u Idaho radi proučavanja i konačnog
odlaganja. Projekt čišćenja elektrane proglašen je za jedno od najznačajnijih inženjerskih
dostignuća tijekom 1990. u SAD.
Katastrofa koja se 1986. godine dogodila u nuklearnoj elektrani Černobilj imala je ogroman
negativni utjecaj na razvoj nuklearne energetike. osnovni je uzrok nesreće ljudska pogreška -
niz narušavanja propisanih instrukcija i operativnih postupaka. Ostalim se uzrocima smatraju
nadostaci u projektu i izvedbi elektrane. Nuklearne elektrane tipa RBMK karakterizira
pozitivan koeficijent reaktivnosti šupljina (isparavanje, odnosno gubitak rashladne vode
dovodi do porasta snage reaktora - s povećanjem temperature broj novih fisija se povećava),
nedovoljna je margina za sigurnosnu obustavu reaktora, ne postoji učinkoviti sustava za
hlađenje grafita, i jako važno, ne postoji zaštitna zgrada.
13
Mehanizam nesreće je takav da je zbog povećanog isparavanja pare u rashladnim kanalima
došlo do naglog povećanja snage (pozitivni moderatorski koeficijent plus neodgovarajući
dizajn kontrolnih absorbera rezultirao je u promptnoj kritičnosti). Toplinska snaga je u jednoj
sekundi porasla na vrijednost koja je stotinu puta veća od normalne što je dovelo do
trenutnog isparavanja ostatka vode u jezgri i nastanka parne eksplozije. Treba naglasiti da se
nije radilo o nuklearnoj eksploziji. Nuklearna elektrana ne može eksplodirati kao nuklearna
bomba zbog premalog obogaćenja fisibilnog materijala. Druga značajna reakcija koja je
uslijedila bila je kemijska eksplozija - eksplozija vodika i ugljičnog monoksida te gorenje
grafitnog moderatora.
Katastrofa u nuklearnoj elektrani Černobilj uzrokovala je 31 žrtvu neposredno nakon nesreće,
više od 100.000 ljudi evakuirano je, uništena je infrastruktura, pojavio se manjak električne
energije i smanjena je poljoprivredna proizvodnja. U deset godina nakon nesreće došlo je do
značajnog porasta učestalosti raka štitne žlijezde za djecu koja žive na kontaminiranim
područjima bivšeg SSSR. Znanstvena i medicinska istraživanja nisu otkrila porast broja
ostalih vrsta karcinoma (leukemije), urođenih anomalija, prekida trudnoće, kao ni ostalih
bolesti koje bi se mogle smatrati posljedicom izloženosti ionizirajućem zračenju.
Reaktori u elektrani Černobilj ne mogu biti mjerodavni za procjenu sigurnosti ostalih tipova
nuklearnih elektrana, jer nisu građeni uz poštivanje opće prihvaćenih kriterija sigurnosti, ali
nisu ni temelj nuklearne energetike ni u jednoj zemlji izvan zemalja bivšeg SSSR.
5.4. Rasprave
Nuklearne elektrane I nuklearne energetike teme su mnogih rasprava upravo zbog mnogih
prednosti koje donose, a I monogih onečišćenja okoliša koji dolazi s gradnjom nuklearnih
elektrana. Zagovornici tvrde da je nuklearne energija održivi izvor energije koji smanjuje
emisiju ugljikovog dioksida I može povećati energetsku sigurnost ako bi njegova uporaba
smanjila ovisnost o uvozu nafte. Zagovornici takođet tvrde kako kod proizvodnje nuklearne
energije nema gotovo nikakvog onečišćenja zraka, za razliku od proizvodnje energije
koristeći fosilna goriva. Oni također vjeruju da je nuklearne elektrana održivi tečaj za
postizanje energetske neovisnosti za većinu zapadnih zamalja. Oni naglašavaju das u rizici
pohranjivanja otpada vrlo mali I mogu se dodatno smanjiti pomoću modern tehnologije I
modernijih reaktora.
Protivnici tvrde da nuklearne elektrane predstavljaju prijetnji za čovjekovo zdravlje I okoliš.
Pod “prijetnje” se podrazumjevaju zdravstveni rizici ekološke štete nastale prvenstveno od
14
iskopavanja, transporta I prerade urana, zatim rizik od širenja nuklearnog oružja, a I nerješen
je problem zbrinjavanja radioaktivnog otpada. Protivoci također tvrde das u reaktori sami po
sebi vrlo složeni strojevi u kojima vrlo lako može doći do kvara, a to dokazuju jako ozbiljne
nesreće koje su se dogodile u nuklearnim elektranama. Kritičari ne vjeruju da se ti rizici
mogu smaniti kroz razvijanje modernije tehnologije. Oni smatraju da kada se razmotre sve
faze u proizvodnji nuklearne energije, nuklearne elektrane nisu uopće tako čiste I bezopasne
za okoliš kako ih se prikazuje.
Zaključak
.
Literatura:
1. Feretić Danilo, Uvod u nuklearnu energetiku, Školska knjiga, Zagreb, 1992.2. Paar Vladimir, Fizika4, udžbenik za 4.razred gimnazije, Školska knjiga, Zagreb,
2008.3. www.MojaEnergija.hr 4.
15
Table of Contents1
2
3
4
5
6
16