1900-luvun puolivälissä ihmiskunnan parhaat mielet työskentelivät lujasti kahden tehtävän parissa yhtä aikaa: atomipommin luomisessa ja myös atomin energian käyttämisessä rauhanomaisiin tarkoituksiin. Näin ilmestyivät maailman ensimmäiset ydinvoimalat. Mikä on ydinvoimalaitoksen toimintaperiaate? Ja missä päin maailmaa sijaitsevat suurimmat voimalaitokset?
Ydinvoiman historia ja piirteet
"Energia on kaiken pää" - näin voit vertailla hyvin tunnettua sananlaskua, kun otetaan huomioon 2000-luvun objektiiviset tosiasiat. Jokaisen uuden teknologian kehityksen myötä ihmiskunta tarvitsee sitä yhä enemmän. Nykyään "rauhanomainen atomin" energiaa käytetään aktiivisesti taloudessa ja tuotannossa, eikä vain energia-alalla.
Ns. ydinvoimaloiden (jotka toimivat hyvin yksinkertaisella periaatteella) tuotettua sähköä käytetään laaj alti teollisuudessa, avaruustutkimuksessa, lääketieteessä ja maataloudessa.
Ydinenergia on raskaan teollisuuden ala, joka ottaa lämpöä ja sähköä atomin liike-energiasta.
Milloin ne ilmestyivätensimmäiset ydinvoimalat? Neuvostoliiton tutkijat tutkivat tällaisten voimalaitosten toimintaperiaatetta 40-luvulla. Muuten, samanaikaisesti he keksivät myös ensimmäisen atomipommin. Siten atomi oli sekä "rauhanomainen" että tappava.
Vuonna 1948 I. V. Kurchatov ehdotti, että Neuvostoliiton hallitus ryhtyisi tekemään suoraa työtä atomienergian louhinnassa. Kaksi vuotta myöhemmin Neuvostoliitossa (Obninskin kaupungissa, Kalugan alueella) aloitettiin planeetan ensimmäisen ydinvoimalan rakentaminen.
Kaikkien ydinvoimalaitosten toimintaperiaate on samanlainen, eikä sen ymmärtäminen ole ollenkaan vaikeaa. Tästä keskustellaan lisää.
Ydinvoimalaitos: toimintaperiaate (kuva ja kuvaus)
Jokaisen ydinvoimalan työ perustuu voimakkaaseen reaktioon, joka tapahtuu atomin ytimen fission aikana. Uraani-235- tai plutoniumatomit ovat useimmiten mukana tässä prosessissa. Atomien ydin jakaa neutronin, joka tulee niihin ulkopuolelta. Tässä tapauksessa syntyy uusia neutroneja sekä fissiofragmentteja, joilla on v altava kineettinen energia. Juuri tämä energia on minkä tahansa ydinvoimalaitoksen tärkein ja avaintuote
Näin voit kuvata ydinvoimalaitoksen reaktorin toimintaperiaatetta. Seuraavassa kuvassa näet miltä se näyttää sisältä.
Ydinreaktoreita on kolmea päätyyppiä:
- suurtehoinen kanavareaktori (lyhennettynä RBMK);
- painevesireaktori (VVER);
- nopea neutronireaktori (FN).
Erikseen kannattaa kuvata ydinvoimalaitosten toimintaperiaatetta kokonaisuutena. Miten se toimii, keskustellaan.seuraavassa artikkelissa.
Ydinvoimalaitoksen toimintaperiaate (kaavio)
Ydinvoimalaitos toimii tietyissä olosuhteissa ja tarkasti määritellyissä tiloissa. Ydinvoimalaitoksen rakenteeseen kuuluu ydinreaktorin (yksi tai useampi) lisäksi muita järjestelmiä, erikoistiloja ja korkeasti koulutettua henkilöstöä. Mikä on ydinvoimaloiden toimintaperiaate? Sitä voidaan kuvata lyhyesti seuraavasti.
Jen tahansa ydinvoimalaitoksen pääelementti on ydinreaktori, jossa kaikki pääprosessit tapahtuvat. Kirjoitimme edellisessä osiossa siitä, mitä reaktorissa tapahtuu. Tähän v altavaan pataan syötetään ydinpolttoainetta (yleensä useimmiten uraania) pienten mustien pellettien muodossa.
Ydinreaktorissa tapahtuvien reaktioiden aikana vapautuva energia muunnetaan lämmöksi ja siirretään jäähdytysnesteeseen (yleensä veteen). On huomattava, että tämän prosessin aikana jäähdytysneste saa myös tietyn annoksen säteilyä.
Lisäksi jäähdytysnesteen lämpö siirtyy tavalliseen veteen (erityisten laitteiden - lämmönvaihtimien kautta), joka kiehuu seurauksena. Tuloksena oleva vesihöyry käyttää turbiinia. Jälkimmäiseen on kytketty generaattori, joka tuottaa sähköenergiaa.
Tämä on siis ydinvoimalaitoksen toimintaperiaatteen mukaan sama lämpövoimalaitos. Ainoa ero on siinä, miten höyry tuotetaan.
Ydinvoiman maantiede
Viisi suurinta ydinenergian tuottajamaata ovat seuraavat:
- USA.
- Ranska.
- Japani.
- Venäjä.
- Etelä-Korea.
Samaan aikaan Amerikan Yhdysvallat, joka tuottaa noin 864 miljardia kWh vuodessa, tuottaa jopa 20 % maailman sähköstä.
Ydinvoimaloita käyttää kaikkiaan 31 osav altiota maailmassa. Kaikista planeetan mantereista vain kaksi (Antarktis ja Australia) ovat täysin vapaita ydinenergiasta.
Tänä päivänä maailmassa on toiminnassa 388 ydinreaktoria. Tosin heistä 45 ei ole tuottanut sähköä puoleentoista vuoteen. Suurin osa ydinreaktoreista sijaitsee Japanissa ja Yhdysvalloissa. Niiden täydellinen maantiede on esitetty seuraavassa kartassa. Maat, joissa on toimivia ydinreaktoreita, on merkitty vihreällä, myös niiden kokonaismäärä tietyssä tilassa.
Ydinvoiman kehitys eri maissa
Ydinvoiman kehitys on yleisesti ottaen laskenut vuodesta 2014 lähtien. Johtajia uusien ydinreaktoreiden rakentamisessa on kolme maata: Venäjä, Intia ja Kiina. Lisäksi monet v altiot, joilla ei ole ydinvoimaloita, suunnittelevat niiden rakentamista lähitulevaisuudessa. Näitä ovat Kazakstan, Mongolia, Indonesia, Saudi-Arabia ja useat Pohjois-Afrikan maat.
Toisa alta useat osav altiot ovat aloittaneet ydinvoimaloiden määrän asteittaisen vähentämisen. Näitä ovat Saksa, Belgia ja Sveitsi. Ja joissakin maissa (Italia, Itäv alta, Tanska, Uruguay) ydinvoima on kiellettyä lainsäädäntötasolla.
Ydinvoiman pääongelmat
Ydinenergian kehittämiseen liittyy yksi merkittävä ympäristöongelma. Tämä on niin sanottu ympäristön lämpösaaste. Siten monien asiantuntijoiden mukaan ydinvoimalat päästävät enemmän lämpöä kuin saman kapasiteetin lämpövoimalat. Erityisen vaarallista on lämpövesien saastuminen, joka häiritsee biologisten organismien luonnollisia elinolosuhteita ja johtaa monien kalalajien kuolemaan.
Toinen ydinvoimaan liittyvä polttava asia koskee ydinturvallisuutta yleisesti. Ensimmäistä kertaa ihmiskunta pohti vakavasti tätä ongelmaa Tšernobylin katastrofin jälkeen vuonna 1986. Tshernobylin ydinvoimalaitoksen toimintaperiaate ei juurikaan eronnut muiden ydinvoimaloiden toimintaperiaatteesta. Tämä ei kuitenkaan pelastanut häntä suurelta ja vakav alta onnettomuudelta, jolla oli erittäin vakavia seurauksia koko Itä-Euroopalle.
Lisäksi ydinenergian vaara ei rajoitu mahdollisiin ihmisen aiheuttamiin onnettomuuksiin. Ydinjätteen loppusijoituksesta syntyy siis suuria ongelmia.
Ydinvoiman edut
Ydinenergian kehittämisen kannattajat kuitenkin mainitsevat myös ydinvoimaloiden selkeitä etuja. Näin ollen erityisesti World Nuclear Association on äskettäin julkaissut raporttinsa, joka sisältää erittäin mielenkiintoisia tietoja. Hänen mukaansa yhden gigawatin sähkön tuotannossa ydinvoimalaitoksilla kuolee 43 kertaa vähemmän ihmisiä kuin perinteisissä lämpövoimalaitoksissa.
On muitakin yhtä tärkeitä etuja. Nimittäin:
- halpa sähköntuotanto;
- ydinenergian ympäristön puhtaus (poikkeuksena lämpövesien saastuminen);
- ydinvoimaloiden tiukan maantieteellisen viittauksen puute suuriin polttoainelähteisiin.
Päätelmän sijaan
Vuonna 1950 rakennettiin maailman ensimmäinen ydinvoimala. Ydinvoimalaitosten toimintaperiaate on atomin fissio neutronin avulla. Tämä prosessi vapauttaa v altavan määrän energiaa.
Näyttää siltä, että ydinenergia on poikkeuksellinen siunaus ihmiskunnalle. Historia on kuitenkin osoittanut toisin. Erityisesti kaksi suurta tragediaa - onnettomuus Neuvostoliiton Tšernobylin ydinvoimalassa vuonna 1986 ja onnettomuus Japanin voimalaitoksessa Fukushima-1 vuonna 2011 - osoittivat "rauhanomainen" atomin aiheuttaman vaaran. Ja monet maailman maat alkoivat nykyään ajatella ydinenergian osittaista tai jopa täydellistä hylkäämistä.
