Nükleer enerji mühendisliği. Nükleer enerji - Artıları ve Eksileri. Dünyada nükleer enerjinin durumu

Modern dünyada nükleer enerjinin kullanımı o kadar önemli ki, eğer yarın uyanırsak ve nükleer reaksiyondan gelen enerji kaybolsaydı, bildiğimiz dünya muhtemelen sona erecekti. Barış temeldir endüstriyel üretim Fransa ve Japonya, Almanya ve İngiltere, ABD ve Rusya gibi ülkelerin hayatları. Ve eğer son iki ülke hala nükleer enerji kaynaklarını termal istasyonlarla değiştirebiliyorsa, o zaman Fransa veya Japonya için bu kesinlikle imkansızdır.

Nükleer enerjinin kullanımı birçok soruna yol açmaktadır. Temelde tüm bu sorunlar, atom çekirdeğinin bağlanma enerjisini (nükleer enerji dediğimiz) kendi yararına kullanan kişinin, kolayca atılamayacak yüksek radyoaktif atık şeklinde önemli bir kötülük almasıyla ilgilidir. Nükleer enerji kaynaklarından kaynaklanan atıkların güvenli koşullarda işlenmesi, taşınması, gömülmesi ve uzun süre saklanması gerekmektedir.

Nükleer enerji kullanmanın artıları ve eksileri, yararları ve zararları

Atom-nükleer enerji kullanmanın artılarını ve eksilerini, bunların faydalarını, zararlarını ve İnsanlığın yaşamındaki önemini ele alalım. Günümüzde nükleer enerjiye yalnızca sanayileşmiş ülkelerin ihtiyaç duyduğu açıktır. Yani barışçıl nükleer enerji esas olarak fabrikalar, işleme tesisleri vb. tesislerde kullanılmaktadır. Ucuz elektrik kaynaklarından uzak (hidroelektrik santraller gibi), iç süreçlerini sağlamak ve geliştirmek için nükleer santralleri kullanan, enerji yoğun endüstrilerdir.

Tarım bölgeleri ve şehirlerin nükleer enerjiye fazla ihtiyacı yoktur. Termal ve diğer istasyonlarla değiştirilmesi oldukça mümkündür. Nükleer enerjiye hakim olunması, edinilmesi, geliştirilmesi, üretilmesi ve kullanılmasının büyük ölçüde endüstriyel ürünlere olan ihtiyacımızın karşılanmasına yönelik olduğu ortaya çıktı. Bakalım ne tür endüstriler: otomotiv endüstrisi, askeri üretim, metalurji, kimya endüstrisi, petrol ve gaz kompleksi vb.

Modern insan binmek istiyor Yeni araba? Modaya uygun sentetikler giymek, sentetikler yemek ve her şeyi sentetiklerle paketlemek mi istiyorsunuz? Parlak mallar istiyor değişik formlar ve boyutları? Tüm yeni telefonları, televizyonları, bilgisayarları mı istiyorsunuz? Çok fazla satın almak ve etrafınızdaki ekipmanı sık sık değiştirmek mi istiyorsunuz? Renkli paketlerden lezzetli kimyasal yiyecekler yemek ister misiniz? Huzur içinde yaşamak ister misiniz? TV ekranından tatlı konuşmalar duymak ister misiniz? Orada çok sayıda tankın yanı sıra füzeler ve kruvazörlerin yanı sıra mermiler ve silahlar da olmasını istiyor mu?

Ve hepsini alıyor. Sözle eylem arasındaki tutarsızlığın sonunda savaşa yol açması önemli değil. Geri dönüşümün de enerji gerektirmesi önemli değil. Adam şimdilik sakin. Yiyor, içiyor, işe gidiyor, satıyor, alıyor.

Ve tüm bunlar enerji gerektirir. Ve bu aynı zamanda çok fazla petrol, gaz, metal vb. gerektirir. Ve tüm bu endüstriyel süreçler nükleer enerji gerektiriyor. Dolayısıyla kim ne derse desin, ilk endüstriyel termonükleer füzyon reaktörü üretime girene kadar nükleer enerji gelişecektir.

Alışık olduğumuz her şeyi nükleer enerjinin avantajları olarak rahatlıkla sıralayabiliriz. Dezavantajı ise kaynakların tükenmesi, nükleer atık sorunları, nüfus artışı ve ekilebilir arazilerin bozulması nedeniyle yakın ölümün üzücü ihtimalidir. Başka bir deyişle, nükleer enerji, insanın doğayı daha da fazla kontrol altına almasına olanak tanıdı, ona ölçüsüz bir şekilde tecavüz etti ve birkaç on yıl içinde temel kaynakların yeniden üretim eşiğini aşarak 2000 ile 2000 yılları arasında tüketimin çöküşü sürecini başlattı. ve 2010. Bu süreç artık nesnel olarak kişiye bağlı değildir.

Herkes daha az yemek zorunda kalacak, daha az yaşayacak ve doğal çevreden daha az keyif alacak. Burada nükleer enerjinin başka bir artısı veya eksisi yatıyor; atom konusunda uzmanlaşan ülkeler, atom konusunda uzman olmayan ülkelerin kıt kaynaklarını daha etkili bir şekilde yeniden dağıtabilecekler. Dahası, yalnızca termonükleer füzyon programının geliştirilmesi insanlığın hayatta kalmasına izin verecektir. Şimdi bunun ne tür bir “canavar” olduğunu - atomik (nükleer) enerji ve neyle yenildiğini ayrıntılı olarak açıklayalım.

Kütle, madde ve atomik (nükleer) enerji

“Kütle ve enerji aynı şeydir” ifadesini ya da E=mc2 ifadesinin atom (nükleer) bombasının patlamasını açıkladığı yönünde yargıları sıklıkla duyarız. Artık nükleer enerji ve uygulamaları hakkında ilk kez bilgi sahibi olduğunuza göre, "kütle eşittir enerji" gibi ifadelerle kafanızı karıştırmak gerçekten akıllıca olmaz. Her durumda, büyük keşfi bu şekilde yorumlamak en iyisi değil. Görünüşe göre bu sadece genç reformistlerin, "yeni zamanın Celilelilerinin" esprisi. Aslında teorinin birçok deneyle doğrulanan öngörüsü sadece enerjinin kütlesi olduğunu söylüyor.

Şimdi modern bakış açısını açıklayacağız ve gelişim tarihine kısa bir genel bakış sunacağız.
Herhangi bir maddi cismin enerjisi arttığında kütlesi de artar ve biz bu ilave kütleyi enerjideki artışa bağlarız. Örneğin radyasyon emildiğinde soğurucu ısınır ve kütlesi artar. Ancak artış o kadar küçüktür ki sıradan deneylerdeki ölçüm doğruluğunun ötesinde kalır. Aksine, eğer bir madde radyasyon yayarsa, kütlesinin bir damlasını kaybeder ve bu da radyasyon tarafından taşınır. Daha geniş bir soru ortaya çıkıyor: Maddenin tüm kütlesi enerji tarafından belirlenmiyor mu, yani tüm maddede büyük bir enerji rezervi yok mu? Yıllar önce radyoaktif dönüşümler buna olumlu yanıt verdi. Radyoaktif bir atom bozunduğunda büyük miktarda enerji açığa çıkar (çoğunlukla kinetik enerji şeklinde) ve atom kütlesinin küçük bir kısmı kaybolur. Ölçümler bunu açıkça gösteriyor. Böylece enerji kütleyi de beraberinde sürükleyerek maddenin kütlesini azaltır.

Sonuç olarak, madde kütlesinin bir kısmı radyasyon kütlesi, kinetik enerji vb. ile değiştirilebilir. Bu yüzden diyoruz ki: "Enerji ve madde kısmen karşılıklı dönüşüme muktedirdir." Üstelik artık kütlesi olan ve tamamıyla kütlesi olan radyasyona dönüşebilen madde parçacıkları yaratabiliyoruz. Bu radyasyonun enerjisi, kütlesini onlara aktararak başka formlara dönüşebilir. Tersine, radyasyon madde parçacıklarına dönüşebilir. Yani "enerjinin kütlesi vardır" yerine "madde ve radyasyonun parçacıkları birbirine dönüşebilir ve bu nedenle diğer enerji biçimleriyle birbirine dönüşebilir" diyebiliriz. Bu, maddenin yaratılışı ve yok edilmesidir. Bu tür yıkıcı olaylar sıradan fizik, kimya ve teknoloji alanında meydana gelemez; bunların ya nükleer fiziğin incelediği mikroskobik ama aktif süreçlerde ya da atom bombalarının yüksek sıcaklıktaki potasında, Güneş'te ve yıldızlarda aranması gerekir. Ancak "enerji kütledir" demek mantıksız olur. “Enerjinin de madde gibi kütlesi vardır” diyoruz.

Sıradan maddenin kütlesi

Sıradan maddenin kütlesinin, kütlenin çarpımına (ışık hızı)2 eşit olan devasa bir iç enerji kaynağı içerdiğini söylüyoruz. Ancak bu enerji kütlenin içinde yer alır ve en azından bir kısmı kaybolmadan serbest bırakılamaz. Bu kadar muhteşem bir fikir nasıl ortaya çıktı ve neden daha önce keşfedilmedi? Daha önce de önerilmişti (farklı şekillerde deney ve teori) ancak yirminci yüzyıla kadar enerjideki değişim gözlemlenmedi çünkü sıradan deneylerde bu, kütledeki inanılmaz derecede küçük bir değişime karşılık geliyordu. Ancak artık uçan bir merminin kinetik enerjisinden dolayı ek bir kütleye sahip olduğundan eminiz. 5000 m/sn hızla bile, hareketsiz durumdayken tam olarak 1 g ağırlığındaki bir merminin toplam kütlesi 1.00000000001 g olacaktır. 1 kg ağırlığındaki beyaz-sıcak platinin ağırlığı yalnızca 0.000000000004 kg ekleyecektir ve neredeyse hiçbir tartım bunları kaydedemez. değişiklikler. Enerji kütlesi ancak atom çekirdeğinden çok büyük enerji rezervleri serbest bırakıldığında veya atomik "mermiler" ışık hızına yakın hızlara hızlandırıldığında fark edilebilir hale gelir.

Öte yandan, kütledeki küçük bir fark bile büyük miktarda enerjinin açığa çıkma ihtimaline işaret ediyor. Dolayısıyla hidrojen ve helyum atomlarının bağıl kütleleri 1,008 ve 4,004'tür. Eğer dört hidrojen çekirdeği birleşip bir helyum çekirdeği oluşturabilseydi, 4.032'lik kütle 4.004'e değişirdi. Fark küçüktür; yalnızca 0,028 veya %0,7. Ancak bu, devasa bir enerji salınımı anlamına gelir (çoğunlukla radyasyon biçiminde). 4,032 kg hidrojen, yaklaşık 600000000000 Cal enerjiye sahip olan 0,028 kg radyasyon üretecektir.

Bunu, kimyasal bir patlamada aynı miktarda hidrojen oksijenle birleştiğinde açığa çıkan 140.000 Cal ile karşılaştırın.
Sıradan kinetik enerji, siklotronlarda üretilen çok hızlı protonların kütlesine önemli bir katkı sağlar ve bu, bu tür makinelerle çalışırken zorluklar yaratır.

Neden hala E=mc2 olduğuna inanıyoruz?

Şimdi bunu görelilik teorisinin doğrudan bir sonucu olarak algılıyoruz, ancak radyasyonun özellikleriyle ilgili ilk şüpheler 19. yüzyılın sonlarına doğru ortaya çıktı. O zaman radyasyonun kütlesinin olması muhtemel görünüyordu. Ve radyasyon, sanki kanatlardaymış gibi, enerji hızında taşıdığından, daha doğrusu kendisi enerji olduğundan, "maddi olmayan" bir şeye ait bir kütle örneği ortaya çıktı. Elektromanyetizmanın deneysel yasaları, elektromanyetik dalgaların "kütleye" sahip olması gerektiğini öngörüyordu. Ancak görelilik teorisinin yaratılmasından önce, yalnızca dizginsiz hayal gücü m=E/c2 oranını diğer enerji biçimlerine genişletebilirdi.

Tüm elektromanyetik radyasyon türleri (radyo dalgaları, kızılötesi, görünür ve morötesi ışık, vb.) bazı ortak özellikleri paylaşır: hepsi vakumda aynı hızda yayılır ve hepsi enerji ve momentum aktarır. Işık ve diğer radyasyonun yüksek fakat belirli bir hızla (c = 3*108 m/sn) yayılan dalgalar biçiminde olduğunu hayal ediyoruz. Işık emici bir yüzeye çarptığında ısı üretilir, bu da ışık akışının enerji taşıdığını gösterir. Bu enerjinin ışıkla aynı hızda akışla birlikte yayılması gerekir. Aslında ışığın hızı tam olarak şu şekilde ölçülür: Işık enerjisinin bir kısmının uzun bir mesafe kat etmesi zaman alır.

Işık bazı metallerin yüzeyine çarptığında, sanki kompakt bir top çarpmış gibi uçup giden elektronları yok eder. Görünüşe göre "kuanta" dediğimiz konsantre kısımlara dağılmış durumda. Bu kısımların açıkça dalgalar tarafından yaratılmış olmasına rağmen, bu, radyasyonun kuantum doğasıdır. Aynı dalga boyuna sahip her ışık parçası aynı enerjiye, belirli bir “kuantum” enerjiye sahiptir. Bu tür kısımlar ışık hızında hareket eder (aslında hafiftir), enerji ve momentum (momentum) aktarır. Bütün bunlar radyasyona belirli bir kütle atfetmeyi mümkün kılar - her bölüme belirli bir kütle atanır.

Işık bir aynadan yansıdığında herhangi bir ısı açığa çıkmaz çünkü yansıyan ışın tüm enerjiyi taşır, ancak ayna elastik topların veya moleküllerin basıncına benzer bir basınca maruz kalır. Işık ayna yerine siyah emici bir yüzeye çarparsa basınç yarı yarıya olur. Bu, ışının ayna tarafından döndürülen hareket miktarını taşıdığını gösterir. Bu nedenle ışık sanki kütlesi varmış gibi davranır. Peki bir şeyin kütlesi olduğunu bilmenin başka bir yolu var mı? Uzunluk, yeşil renk veya su gibi kütle kendi başına mevcut mudur? Yada bu yapay konsept Alçakgönüllülük gibi davranışlarla mı tanımlanıyorsunuz? Aslında kütle bizim tarafımızdan üç tezahürle bilinir:

• A. "Madde" miktarını karakterize eden belirsiz bir ifade (Bu bakış açısına göre kütle, maddenin doğasında vardır - görebildiğimiz, dokunabildiğimiz, itebildiğimiz bir varlık).
• B. Onu diğer fiziksel niceliklere bağlayan bazı ifadeler.
• B. Kütle korunur.

Geriye kütleyi momentum ve enerji açısından belirlemek kalıyor. O halde momentumu ve enerjisi olan her hareket eden şeyin "kütlesi" olmalıdır. Kütlesi (momentum)/(hız) olmalıdır.

Görecelilik teorisi

Mutlak uzay ve zamanla ilgili bir dizi deneysel paradoksu birbirine bağlama arzusu, görelilik teorisinin ortaya çıkmasına neden oldu. Işıkla yapılan iki tür deney çelişkili sonuçlar verdi ve elektrikle yapılan deneyler bu çelişkiyi daha da şiddetlendirdi. Daha sonra Einstein, vektörlerin eklenmesine ilişkin basit geometrik kuralların değiştirilmesini önerdi. Bu değişiklik onun "özel görelilik teorisinin" özüdür.

Düşük hızlar için (en yavaş salyangozdan en hızlı roketlere kadar) yeni teori eskisiyle tutarlı.
Işık hızıyla karşılaştırılabilir yüksek hızlarda, uzunluk veya zaman ölçümümüz, cismin gözlemciye göre hareketine göre değişir; özellikle, cismin kütlesi, hareket ettikçe daha hızlı olur.

Daha sonra görelilik teorisi kütledeki bu artışın tamamen genel olduğunu ilan etti. Normal hızlarda herhangi bir değişiklik olmaz, ancak 100.000.000 km/saat hızda kütle %1 oranında artar. Ancak radyoaktif atomlardan veya modern hızlandırıcılardan yayılan elektronlar ve protonlar için bu oran %10, 100, 1000'e ulaşır. Bu tür yüksek enerjili parçacıklarla yapılan deneyler, kütle ve hız arasındaki ilişkinin mükemmel bir şekilde doğrulanmasını sağlar.

Diğer kenarda ise durgun kütlesi olmayan radyasyon vardır. O bir madde değildir ve hareketsiz halde tutulamaz; sadece kütlesi vardır ve c hızıyla hareket eder, dolayısıyla enerjisi mc2'ye eşittir. Işığın bir parçacık akışı olarak davranışını not etmek istediğimizde kuantumlardan fotonlar olarak bahsederiz. Her fotonun belirli bir m kütlesi, belirli bir enerjisi E=mс2 ve momentumu (momentum) vardır.

Nükleer dönüşümler

Çekirdeklerle yapılan bazı deneylerde şiddetli patlamalardan sonra atomların kütlelerinin toplamı aynı toplam kütleye eşit olmuyor. Açığa çıkan enerji, kütlenin bir kısmını da beraberinde taşır; eksik atomik malzeme parçası ortadan kaybolmuş gibi görünüyor. Ancak ölçülen enerjiye E/c2 kütlesini atarsak kütlenin korunduğunu görürüz.

Maddenin yok edilmesi

Kütlenin maddenin kaçınılmaz bir özelliği olduğunu düşünmeye alışkınız; dolayısıyla kütlenin maddeden radyasyona, bir lambadan kaçan bir ışık ışınına geçişi neredeyse maddenin yok olmasına benziyor. Bir adım daha attığınızda gerçekte ne olduğunu keşfederseniz şaşırırız: pozitif ve negatif elektronlar, madde parçacıkları bir araya gelerek tamamen radyasyona dönüşürler. Maddelerinin kütlesi eşit miktarda radyasyona dönüşür. Bu, kelimenin tam anlamıyla maddenin yok olması durumudur. Sanki odaktaymış gibi, bir ışık parlamasında.

Ölçümler (enerji, yok olma sırasındaki radyasyon)/c2'nin her iki elektronun pozitif ve negatif toplam kütlesine eşit olduğunu göstermektedir. Bir antiproton bir protonla birleşerek yok olur ve genellikle yüksek kinetik enerjiye sahip daha hafif parçacıklar açığa çıkar.

Maddenin yaratılışı

Artık yüksek enerjili radyasyonu (ultra kısa dalga X-ışınları) yönetmeyi öğrendiğimize göre, radyasyondan madde parçacıkları hazırlayabiliriz. Bir hedef bu tür ışınlarla bombardıman edilirse bazen pozitif ve negatif elektronlar gibi bir çift parçacık üretirler. Ve eğer hem radyasyon hem de kinetik enerji için m=E/c2 formülünü tekrar kullanırsak, o zaman kütle korunacaktır.

Basitçe karmaşık hakkında – Nükleer (Atomik) enerji

• Resim, resim, fotoğraf galerisi.
• Nükleer enerji, atom enerjisi - temeller, fırsatlar, beklentiler, gelişme.
• İlginç gerçekler, faydalı bilgiler.
• Yeşil haber – Nükleer enerji, atom enerjisi.
• Malzemelere ve kaynaklara bağlantılar – Nükleer (Atomik) enerji.

Nükleer reaksiyonun enerjisi atom çekirdeğinde yoğunlaşmıştır. Atom, Evrendeki tüm maddeyi oluşturan küçük bir parçacıktır.

Nükleer fisyondan elde edilen enerji miktarı çok büyüktür ve elektrik üretmek için kullanılabilir, ancak önce atomdan salınması gerekir.

Enerji almak

Nükleer bir reaksiyondan elde edilen enerjinin kullanılması, elektrik üretmek için atomik fisyonu kontrol edebilen ekipman aracılığıyla gerçekleşir.

Reaktörler ve enerji üretimi için kullanılan yakıt çoğunlukla uranyum elementinin topaklarıdır. Bir nükleer reaktörde uranyum atomları parçalanmaya zorlanır. Atomlar bölündüklerinde, fisyon ürünleri adı verilen küçük parçacıklar açığa çıkar. Fisyon ürünleri diğer uranyum atomlarına etki ederek ayrılır ve bir zincirleme reaksiyon başlar. Bu zincirleme reaksiyondan açığa çıkan nükleer enerji ısı yaratır. Nükleer reaktörden gelen ısı onu çok sıcak hale getiriyor, bu yüzden soğuması gerekiyor.

Teknolojik olarak en iyi soğutucu genellikle sudur ancak bazı nükleer reaktörlerde sıvı metal veya erimiş tuzlar kullanılır. Çekirdekten ısıtılan soğutucu buhar üretir. Buhar, buhar türbinine etki ederek onu döndürür. Türbin, mekanik bir aktarım yoluyla elektrik üreten bir jeneratöre bağlanır.
Reaktörler, üretilen ısı miktarına göre ayarlanabilen kontrol çubukları kullanılarak kontrol edilir. Kontrol çubukları, oluşturulan ürünlerin bir kısmını absorbe etmek için kadmiyum, hafniyum veya bor gibi bir malzemeden yapılmıştır. nükleer fisyon. Çubuklar, reaksiyonu kontrol etmek için bir zincirleme reaksiyon sırasında mevcuttur. Çubukların çıkarılması zincirleme reaksiyonun daha da gelişmesini ve daha fazla elektrik üretilmesini sağlayacaktır.

Dünyadaki elektriğin yaklaşık yüzde 15'i nükleer santraller tarafından üretiliyor.

Amerika Birleşik Devletleri'nin 100'den fazla reaktörü var, ancak ABD elektriğinin çoğunu fosil yakıtlardan ve hidroelektrik enerjiden üretiyor.

Rusya'da 10 nükleer santralde 33 güç ünitesi bulunuyor; bu da ülkenin enerji dengesinin %15'ini oluşturuyor.

Litvanya, Fransa ve Slovakya elektriğinin çoğunu nükleer santrallerden tüketiyor.

Enerji üretmek için kullanılan nükleer yakıt

Uranyum, nükleer reaksiyon enerjisi üretmek için en yaygın kullanılan yakıttır. Bunun nedeni uranyum atomlarının nispeten kolay parçalanmasıdır. U-235 adı verilen özel uranyum türü nadirdir. U-235 dünyadaki uranyumun yüzde birinden azını oluşturuyor.

Uranyum, Avustralya, Kanada, Kazakistan, Rusya ve Özbekistan'da çıkarılıyor ve kullanılmadan önce işlenmesi gerekiyor.

Nükleer yakıt silah yapımında kullanılabildiğinden, uranyum veya plütonyum veya diğer nükleer yakıtların ithalatına ilişkin üretim Nükleer Silahların Yayılmasını Önleme Anlaşması'na tabidir. Anlaşma, yakıtın barışçıl kullanımını teşvik etmenin yanı sıra bu tür silahların yayılmasını da sınırlandırıyor.

Tipik bir reaktör her yıl yaklaşık 200 ton uranyum kullanır. Karmaşık süreçler, uranyum ve plütonyumun bir kısmının yeniden zenginleştirilmesine veya yeniden işlenmesine olanak tanır. Bu, madencilik, çıkarma ve işleme miktarını azaltır.

Nükleer enerji ve insanlar

Nükleer nükleer enerji evlere, okullara, işyerlerine ve hastanelere enerji sağlamak için kullanılabilecek elektrik üretir.

Elektrik üreten ilk reaktör ABD'nin Idaho kentinde inşa edildi ve 1951'de deneysel olarak kendi kendine güç üretmeye başladı.

1954 yılında Rusya'nın Obninsk şehrinde insanlara enerji sağlamak üzere tasarlanan ilk nükleer enerji santrali kuruldu.

Nükleer reaksiyon enerjisini elde etmek için reaktörlerin inşası yüksek düzeyde teknoloji gerektirir ve gerekli olan uranyum veya plütonyumu yalnızca nükleer silahların yayılmasını önleme anlaşmasını imzalayan ülkeler elde edebilir. Bu nedenlerden dolayı nükleer santrallerin çoğu dünyanın gelişmiş ülkelerinde bulunmaktadır.

Nükleer santraller yenilenebilir, çevre dostu kaynaklar üretir. Havayı kirletmez veya sera gazı emisyonuna neden olmazlar. Kentsel veya kırsal alanlarda inşa edilebilirler ve çevrelerindeki çevreyi kökten değiştirmezler.

Enerji santrallerinden gelen radyoaktif materyal

p cinsinden radyoaktif malzeme Reaktör, soğutma kulesi adı verilen ayrı bir yapıda soğutulduğu için güvenlidir. Buhar tekrar suya dönüşüyor ve tekrar elektrik üretiminde kullanılabiliyor. Fazla buhar, saf su gibi zararlı olmadığı atmosfere geri dönüştürülür.

Ancak nükleer reaksiyondan elde edilen enerjinin radyoaktif madde şeklinde bir yan ürünü vardır. Radyoaktif madde kararsız çekirdeklerden oluşan bir koleksiyondur. Bu çekirdekler enerjilerini kaybederler ve canlı organizmalar ve çevre dahil çevrelerindeki birçok materyali etkileyebilirler. Radyoaktif malzeme aşırı derecede toksik olabilir, hastalıklara neden olabilir, kanser riskini, kan bozukluklarını ve kemik çürümesini artırabilir.

Radyoaktif atık, nükleer reaktörün işletilmesinden arta kalan atıklardır.

Radyoaktif atık, işçilerin giydiği koruyucu kıyafetleri, radyoaktif tozla temas eden aletleri ve kumaşları kapsar. Radyoaktif atıklar uzun ömürlüdür. Giysi ve aletler gibi malzemeler binlerce yıl boyunca radyoaktif kalabilir. Hükümet, başka hiçbir şeye bulaşmaması için bu malzemelerin nasıl imha edileceğini düzenliyor.

Kullanılan yakıt ve çubuklar son derece radyoaktiftir. Kullanılan uranyum peletlerinin büyük yüzme havuzlarına benzeyen özel kaplarda saklanması gerekir.Bazı tesisler kullandıkları yakıtı yer üstü kuru depolama tanklarında depolar.

Yakıtı soğutan su radyoaktivite ile temas etmez ve bu nedenle güvenlidir.

Biraz farklı çalışma prensibine sahip olanlar da bilinmektedir.

Nükleer enerji kullanımı ve radyasyon güvenliği

Nükleer reaksiyon enerjisinin kullanılmasını eleştirenler, radyoaktif atık depolama tesislerinin sızıntı yapmasından, çatlamasından veya çökmesinden endişe ediyor. Radyoaktif malzeme daha sonra toprağı kirletebilir ve yeraltı suyu nesnenin yakınında. Bu durum bölgedeki insanlar ve canlılar için ciddi sağlık sorunlarına yol açabilir. Bütün insanların tahliye edilmesi gerekecekti.

1986'da Ukrayna Çernobil'de olan da buydu. Dördüncü nükleer reaktörün santrallerinden birinde meydana gelen buhar patlaması onu yok etti ve yangın çıktı. Yere düşen veya rüzgarla sürüklenen radyoaktif parçacıklardan oluşan bir bulut oluştu ve parçacıklar doğadaki su döngüsüne yağmur olarak girdi. Radyoaktif serpintilerin çoğu Belarus'a düştü.

Çernobil felaketinin çevresel sonuçları hemen ortaya çıktı. Alanın kilometrelerce çevresindeki çam ormanı kurumuş, ölü çamların kırmızı rengi bölgeye Kızıl Orman adını kazandırmıştır. Yakındaki Pripyat Nehri'ndeki balıklar radyoaktif hale geldi ve insanlar artık onları yiyemeyecek. Sığır ve atlar öldü. Felaketin ardından 100.000'den fazla insan tahliye edildi ancak Çernobil'den kaynaklanan insan kayıplarının sayısını belirlemek zor.

Radyasyon zehirlenmesinin etkileri ancak yıllar sonra ortaya çıkar. Kanser gibi hastalıkların kaynağını belirlemek zordur.

Nükleer enerjinin geleceği

Reaktörler enerji üretmek için atomların bölünmesini veya bölünmesini kullanır.

Nükleer reaksiyon enerjisi ayrıca atomların kaynaşması veya birleştirilmesiyle de üretilebilir. Üretimde. Örneğin güneş, helyumu oluşturmak için sürekli olarak hidrojen atomlarının nükleer füzyonuna maruz kalır. Gezegenimizdeki yaşam Güneş'e bağlı olduğundan, fisyonun Dünya'daki yaşamı mümkün kıldığını söyleyebiliriz.

Nükleer enerji santralleri henüz nükleer füzyon (füzyon) yoluyla güvenli ve güvenilir bir şekilde enerji üretme yeteneğine sahip değil, ancak bilim adamları nükleer füzyonu araştırıyorlar çünkü süreç muhtemelen alternatif bir enerji türü olarak güvenli ve daha uygun maliyetli olacak.

Nükleer reaksiyonun enerjisi çok büyüktür ve insanlar tarafından kullanılması gerekir. Bu enerjiyi elde etmedeki zorluk, çeşitli tasarım güç çıkışlarına ek olarak, farklı soğutucu akışkanlar, çalışma sıcaklıkları ve soğutucu basınçları, moderatörler vb. içeren birçok rakip tasarımdır. Bu nedenle üretim ve operasyonel deneyim önemli bir rol oynayacaktır.

Yirminci yüzyıl, atom çekirdeğinde bulunan yeni bir enerji türünün gelişmesiyle damgasını vurdu ve nükleer fiziğin yüzyılı oldu. Bu enerji insanlığın tarihi boyunca kullandığı yakıt enerjisinden kat kat fazladır.

Zaten 1939'un ortalarında dünya bilim adamları nükleer fizik alanında önemli teorik ve deneysel keşiflere sahipti ve bu, bu yönde kapsamlı bir araştırma programı ortaya koymayı mümkün kıldı. Uranyum atomunun iki parçaya bölünebileceği ortaya çıktı. Bu çok büyük miktarda enerji açığa çıkarır. Ek olarak, fisyon süreci nötronları serbest bırakır, bu da diğer uranyum atomlarını parçalayabilir ve nükleer zincirleme reaksiyona neden olabilir. Uranyumun nükleer fisyon reaksiyonu çok etkilidir ve en şiddetli reaksiyonun çok ötesine geçer. kimyasal reaksiyonlar. Bir uranyum atomu ile bir patlayıcı - trinitrotoluen (TNT) molekülünü karşılaştıralım. Bir TNT molekülünün bozunması 10 elektron volt enerji açığa çıkarır ve bir uranyum çekirdeğinin bozunması 200 milyon elektron volt, yani 20 milyon kat daha fazla enerji açığa çıkarır.

Bu keşifler bilim dünyasında bir sansasyon yarattı: İnsanlık tarihinde, sonuçları açısından atomun dünyaya nüfuz etmesinden ve enerjisine hakim olmasından daha önemli bir bilimsel olay yoktu. Bilim adamları asıl amacının elektrik üretmek ve onu diğer barışçıl alanlarda kullanmak olduğunu anladılar. SSCB'de 1954 yılında dünyanın ilk endüstriyel nükleer enerji santralinin 5 MW kapasiteli Obninsk'te işletmeye alınmasıyla nükleer enerji çağı başladı. Elektrik üretiminin kaynağı uranyum çekirdeğinin bölünmesiydi.

İlk nükleer santrallerin işletme deneyimi, endüstriyel elektrik üretimi için nükleer enerji teknolojisinin gerçekliğini ve güvenilirliğini gösterdi. Gelişmiş sanayi ülkeleri çeşitli tipte reaktörlere sahip nükleer enerji santralleri tasarlamaya ve inşa etmeye başladı. 1964 yılına gelindiğinde dünyadaki nükleer santrallerin toplam kapasitesi 5 milyon kW'a çıktı.

O zamandan bu yana, dünyadaki toplam elektrik üretimine giderek daha önemli bir katkı sağlayan nükleer enerjinin hızlı gelişimi başladı ve gelecek vaat eden yeni bir enerji alternatifi haline geldi. Daha sonra ABD'de nükleer santral inşası için siparişlerde patlama yaşandı. Batı Avrupa, Japonya, SSCB. Nükleer enerjinin büyüme oranı yılda yaklaşık %30'a ulaştı. Zaten 1986 yılına gelindiğinde dünyadaki nükleer santrallerde toplam kurulu gücü 253 milyon kW olan 365 güç ünitesi çalışıyordu. Neredeyse 20 yılda nükleer santrallerin gücü 50 kat arttı. Nükleer santrallerin inşaatı 30 ülkede gerçekleştirilmiştir (Şekil 1.1).

O zamana kadar, dünyaca ünlü bilim adamlarından oluşan yetkili bir topluluk olan Roma Kulübü'nün araştırmaları geniş çapta biliniyordu. Çalışmaların yazarlarının vardığı sonuçlar, küresel ekonominin anahtarı olan petrol de dahil olmak üzere organik enerji kaynaklarının doğal rezervlerinin oldukça yakın bir şekilde tükenmesinin ve bunların yakın gelecekte fiyatlarının keskin bir şekilde artmasının kaçınılmazlığına dayanıyordu. Bunu akılda tutarak nükleer enerji daha iyi bir zamanda gelemezdi. Uzun vadede potansiyel nükleer yakıt rezervleri (2 8 U, 2 5 U, 2 2 Th), nükleer enerjinin geliştirilmesine yönelik çeşitli senaryolar altında hayati önem taşıyan yakıt tedariki sorununu çözmüştür.

Nükleer enerjinin gelişmesi için koşullar son derece elverişliydi ve nükleer santrallerin ekonomik göstergeleri de iyimserliğe ilham verdi; nükleer santraller zaten termik santrallerle başarılı bir şekilde rekabet edebiliyordu.

Nükleer enerji, fosil yakıt tüketimini azaltmayı ve termik santrallerden çevreye kirletici emisyonları keskin bir şekilde azaltmayı mümkün kıldı.

Nükleer enerjinin gelişimi, askeri-endüstriyel kompleksin yerleşik enerji sektörüne dayanıyordu - oldukça iyi gelişmiş endüstriyel reaktörler ve bu amaçlar için zaten oluşturulmuş nükleer yakıt döngüsünü (NFC) kullanan denizaltılar için reaktörler, edinilmiş bilgi ve önemli deneyim. Muazzam devlet desteğine sahip olan nükleer enerji, bu sistemin doğasında bulunan kural ve gereklilikler dikkate alınarak mevcut enerji sistemine başarılı bir şekilde uyum sağlamıştır.

Yirminci yüzyılın 70'li yıllarında ağırlaşan enerji güvenliği sorunu. Petrol fiyatlarındaki keskin artışın neden olduğu enerji kriziyle bağlantılı olarak, arzının siyasi duruma bağımlılığı, birçok ülkeyi enerji programlarını yeniden gözden geçirmeye zorladı. Nükleer enerjinin geliştirilmesi, fosil yakıt tüketimini azaltarak, kendi yakıt ve enerjisine sahip olmayan veya sınırlı olan ülkelerin enerjiye bağımlılığını azaltmaktadır.

Kaynakların ithalatından elde edilmesi ve bu ülkelerin enerji güvenliğinin güçlendirilmesi.

Nükleer enerjinin hızlı gelişimi sürecinde, iki ana nükleer güç reaktörü türünden (termal ve hızlı nötronlar) termal nötron reaktörleri dünyada en yaygın olanı haline geldi.

Gelişmiş Farklı ülkeler Farklı moderatörlere ve soğutuculara sahip reaktörlerin tipleri ve tasarımları, ulusal nükleer enerjinin temelini oluşturdu. Böylece, ABD'de basınçlı su reaktörleri ve kaynar su reaktörleri ana olanlar haline geldi; Kanada'da - doğal uranyum kullanan ağır su reaktörleri, eski SSCB– basınçlı su reaktörleri (VVER) ve uranografit kaynar su reaktörleri (RBMK), reaktörlerin birim gücü artırıldı. Böylece, 1973 yılında Leningrad Nükleer Santrali'ne 1000 MW elektrik gücüne sahip RBMK-1000 reaktörü kuruldu. Zaporozhye Nükleer Santrali (Ukrayna) gibi büyük nükleer santrallerin gücü 6000 MW'a ulaştı.

Nükleer santral ünitelerinin neredeyse sabit güçle çalıştığı göz önüne alındığında,

Three Mile Island Nükleer Santrali (ABD)

Entegre enerji sistemlerinin günlük yük çizelgesinin temel parçası olan nükleer santrallere paralel olarak, çizelgenin değişken kısmını karşılamak ve yük çizelgesindeki gece açığını kapatmak amacıyla dünya çapında yüksek manevra kabiliyetine sahip pompalı depolamalı enerji santralleri inşa edilmiştir.

Nükleer enerjinin yüksek gelişme hızı, güvenlik düzeyine uymuyordu. Nükleer enerji tesislerinin işletilmesindeki deneyime, süreçlere ve olası sonuçlara ilişkin artan bilimsel ve teknik anlayışa dayanarak, teknik gereksinimlerin revize edilmesi ihtiyacı ortaya çıktı ve bu da sermaye yatırımlarında ve işletme maliyetlerinde artışa neden oldu.

Nükleer enerjinin gelişimine ciddi bir darbe, 1979'da ABD'deki Three Mile Island nükleer santralinde ve bir dizi başka tesiste meydana gelen ve güvenlik gerekliliklerinde radikal bir revizyona yol açan, nükleer enerjinin sıkılaştırılmasına yol açan ciddi bir kaza oldu. Dünya çapında mevcut düzenlemelerin ve nükleer santral geliştirme programlarının revize edilmesi, büyük maddi ve manevi zararlara yol açtı. nükleer enerji. Nükleer enerjide lider olan ABD'de nükleer santral inşaatı siparişleri 1979'da durduruldu, diğer ülkelerdeki inşaatlar da azaldı.

1986 yılında Ukrayna'daki Çernobil nükleer santralinde meydana gelen, uluslararası ölçekte nükleer kazalar arasında en yüksek yedinci seviye kaza olarak nitelendirilen ve geniş bir alanda çevre felaketine, can kaybına, yüzbinlerce kişinin yerinden edilmesine neden olan ağır kaza. dünya toplumunun nükleer enerjiye olan güvenini sarstı.

“Çernobil'deki trajedi bir uyarıdır. Ve sadece nükleer enerjide değil” dedi Akademisyen V.A. Legasov, hükümet komisyonu üyesi, birinci akademisyen yardımcısı A.P. I.V.'nin adını taşıyan Atom Enerjisi Enstitüsü'ne başkanlık eden Alexandrov. Kurçatova.

Pek çok ülkede nükleer enerji geliştirme programları askıya alındı ​​ve bazı ülkelerde, nükleer enerjinin geliştirilmesine yönelik önceden planlanan planlar tamamen terk edildi.

Buna rağmen 2000 yılı itibarıyla 37 ülkede faaliyet gösteren nükleer santraller küresel elektrik üretiminin %16'sını üretmektedir.

Nükleer santrallerin işletilmesinin güvenliğini sağlamak için gösterilen eşi benzeri görülmemiş çabalar, bunu 21. yüzyılın başında mümkün kıldı. Halkın nükleer enerjiye olan güvenini yeniden sağlamak. Gelişiminde bir “rönesans” zamanı geliyor.

Yüksek ekonomik verimlilik ve rekabet gücünün yanı sıra, yakıt kaynaklarının kullanılabilirliği, güvenilirlik, güvenlik de önemli faktörler Kullanılmış yakıtın bertaraf edilmesi sorunu devam etmesine rağmen, nükleer enerjinin en çevre dostu elektrik kaynaklarından biri olmasıdır.

Nükleer yakıtın çoğaltılması (üretilmesi) ihtiyacı açık hale geldi; hızlı nötron reaktörlerinin (yetiştiricilerin) inşası, elde edilen yakıtın işlenmesinin başlatılması. Bu alanın geliştirilmesi ciddi ekonomik teşviklere ve beklentilere sahipti ve birçok ülkede gerçekleştirildi.

SSCB'de hızlı nötron reaktörlerinin endüstriyel kullanımına ilişkin ilk deneysel çalışma 2000'de başladı.

1949 ve 1950'lerin ortasından itibaren bir dizi deneysel reaktör BR-1, BR-5, BOR-60'ın işletmeye alınması başladı (1969), 1973'te elektrik üretimi için 350 MW reaktör gücüne sahip çift amaçlı bir nükleer enerji santrali ve deniz suyunun tuzdan arındırılması; 1980 yılında 600 MW kapasiteli BN-600 endüstriyel reaktörü devreye alındı.

ABD'de bu alanda kapsamlı bir geliştirme programı uygulandı. 1966–1972'de Deneysel reaktör Enrico Fermi l inşa edildi ve 1980 yılında dünyanın en büyük araştırma reaktörü olan 400 MW kapasiteli FFTF işletmeye alındı. Almanya'da ilk reaktör 1974 yılında faaliyete geçmiş ancak inşa edilen yüksek güçlü reaktör SNR-2 hiçbir zaman işletmeye alınmamıştır. Fransa'da 250 MW kapasiteli Phenix reaktörü 1973'te, 1986'da ise 1242 MW kapasiteli Superphenix reaktörü devreye alındı. Japonya, 1977'de deneysel Joyo reaktörünü ve 1994'te 280 MW'lık Monju reaktörünü devreye aldı.

Dünya toplumunun 21. yüzyıla girdiği çevre krizi bağlamında nükleer enerji, güvenilir güç kaynağının sağlanmasına ve sera gazları ile kirleticilerin çevreye emisyonlarının azaltılmasına önemli bir katkı sağlayabilir.

Nükleer enerji, sürdürülebilir kalkınmanın uluslararası kabul görmüş ilkelerini en iyi şekilde karşılamaktadır; bunun en önemli gerekliliklerinden biri, uzun vadede istikrarlı tüketimle birlikte yeterli yakıt ve enerji kaynaklarının bulunmasıdır.

21. yüzyılda toplumun ve dünya ekonomisinin gelişimine ilişkin hesaplamalara ve modellemelere dayalı tahminler doğrultusunda elektrik enerjisi sektörünün baskın rolü devam edecektir. Uluslararası Enerji Ajansı'nın (IEA) tahminlerine göre 2030 yılına gelindiğinde küresel elektrik üretimi iki kattan fazla artarak 30 trilyonu aşacak. kWh olacak ve Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı'nın (IAEA) tahminlerine göre, nükleer enerjinin “rönesansı” kapsamında, küresel elektrik üretiminin payı yüzde 25'e çıkacak ve dünyada 100'ün üzerinde yeni reaktör inşa edilecek. Önümüzdeki 15 yıl içinde dünya çapında nükleer santrallerin gücü 2006'da 370 milyon kW'tan 2030'da 679 milyon kW'a çıkacak.

Şu anda, üretilen toplam elektrik hacminde yüksek paya sahip olan ABD, Japonya, Güney Kore ve Finlandiya gibi ülkeler aktif olarak nükleer enerji geliştirmektedir. Fransa, ülkenin elektrik enerjisi endüstrisini nükleer enerjiye yeniden yönlendirerek ve geliştirmeye devam ederek, onlarca yıldır enerji sorununu başarıyla çözmüştür. Bu ülkede nükleer santrallerin elektrik üretimindeki payı yüzde 80'lere ulaşıyor. Nükleer enerji üretiminde hâlâ önemsiz bir paya sahip olan gelişmekte olan ülkeler, yüksek oranda nükleer santral inşa ediyor. Böylece Hindistan, uzun vadede 40 milyon kW, Çin ise 100 milyon kW'tan fazla kapasiteye sahip bir nükleer santral inşa etme niyetini açıkladı.

2006 yılında inşaatı devam eden 29 nükleer santral ünitesinden 15'i Asya'da bulunuyordu. Türkiye, Mısır, Ürdün, Şili, Tayland, Vietnam, Azerbaycan, Polonya, Gürcistan, Belarus ve diğer ülkeler ilk kez nükleer santralleri devreye almayı planlıyor.

Nükleer enerjinin daha da geliştirilmesi, 2030 yılına kadar 40 milyon kW kapasiteli bir nükleer enerji santrali kurmayı öngören Rusya tarafından planlanıyor. Ukrayna'da, Ukrayna'nın 2030 yılına kadar olan Enerji Stratejisi uyarınca nükleer santral üretiminin 219 milyar kWh'ye yükseltilerek toplam üretimin %50'si seviyesinde tutulması ve nükleer santral kapasitesinin 2019 yılına kadar artırılması planlanmaktadır. 1-1,5 milyon kW kapasiteli yeni ünitelerin devreye alınması ve mevcut nükleer enerjinin işletme ömrünün uzatılması da dahil olmak üzere %85 kurulu güç kullanım faktörü (IUR) ile neredeyse 2 kat artırılarak 29,5 milyon kW'a çıkarıldı. santral üniteleri (2006 yılında Ukrayna'da nükleer santrallerin kapasitesi 13,8 milyon kW'a ulaştı ve 90,2 milyar kWh elektrik üretimi, yani toplam üretimin yaklaşık %48,7'si).

Termal ve hızlı nötron reaktörlerini daha da geliştirmek için birçok ülkede devam eden çalışmalar, bunların güvenilirliğini, ekonomik verimliliğini ve çevre güvenliğini daha da artıracaktır. Bu bakımdan uluslararası işbirliği önem kazanmaktadır. Böylece, yüksek düzeyde güvenlik ve rekabet gücü ile karakterize edilen, radyoaktif atıkların en aza indirildiği uluslararası GT MSR (gaz türbini modüler güneş soğutmalı reaktör) projesinin gelecekte uygulanmasıyla verimlilik artabilir. 50'ye kadar%.

Termal nötron reaktörlerine sahip nükleer santraller ve nükleer yakıt üreten hızlı nötron reaktörleri de dahil olmak üzere, nükleer enerjinin iki bileşenli yapısının gelecekte yaygın kullanımı, doğal uranyumun kullanım verimliliğini artıracak ve uranyumun birikim düzeyini azaltacaktır. Radyoaktif atık.

Aslında sistemi oluşturan faktör olan nükleer yakıt döngüsünün (NFC) nükleer enerjinin geliştirilmesindeki en önemli rolüne dikkat edilmelidir. Buna aşağıdaki koşullar neden olur:

• Nükleer yakıt çevriminin güvenli ve verimli çalışması için gerekli tüm yapısal, teknolojik ve tasarım çözümleri sağlanmalıdır;
• Nükleer yakıt döngüsü, nükleer enerjinin sosyal kabul edilebilirliği, ekonomik verimliliği ve yaygın kullanımının bir koşuludur;
• Nükleer yakıt döngüsünün geliştirilmesi, elektrik üreten nükleer santrallerin gerekli güvenlik düzeyinin sağlanması ve uranyum madenciliği, nakliye, harcanan yakıtın yeniden işlenmesi de dahil olmak üzere nükleer yakıt üretimiyle ilgili risklerin en aza indirilmesi görevlerini birleştirme ihtiyacına yol açacaktır. nükleer yakıt (SNF) ve radyoaktif atıkların bertarafı ( tek sistem güvenlik gereksinimleri);
• uranyum üretiminde ve kullanımında (nükleer yakıt döngüsünün ilk aşaması) keskin bir artış, yakıt kullanımının verimliliğinin arttırılmasını, miktarının azaltılmasını gerektiren doğal uzun ömürlü radyonüklitlerin çevreye girme tehlikesinde bir artışa yol açmaktadır. israf ve yakıt döngüsünün kapatılması.

Bir nükleer enerji santralinin ekonomik verimliliği, yakıt ikmali süresinin kısaltılması ve yakıt düzeneklerinin (FA) performans özelliklerinin arttırılması da dahil olmak üzere, doğrudan yakıt döngüsüne bağlıdır. Bu nedenle, nükleer yakıttan yüksek oranda yararlanılarak ve düşük atıklı kapalı yakıt çevrimi yaratılarak nükleer yakıt çevriminin daha da geliştirilmesi ve iyileştirilmesi önemlidir.

Ukrayna'nın enerji stratejisi ulusal yakıt döngüsünün geliştirilmesini sağlamaktadır. Böylece uranyum üretiminin 2030 yılında 0,8 bin tondan 6,4 bin tona çıkması, zirkonyum, zirkonyum alaşımları ve yakıt düzenekleri için bileşenlerin yerli üretiminin daha da geliştirilmesi ve gelecekte kapalı bir yakıt çevriminin oluşturulması ve katılımın sağlanması hedeflenmektedir. Nükleer yakıt üretimi için uluslararası işbirliği. VVER reaktörleri için yakıt düzeneklerinin üretimine yönelik tesislerin oluşturulması, Rusya'da Uluslararası Uranyum Zenginleştirme Merkezi'nin oluşturulması ve Ukrayna'nın ABD tarafından önerilen Uluslararası Nükleer Yakıt Bankası'na girişi konusunda Ukrayna'nın kurumsal katılımı öngörülüyor.

Nükleer enerjiye yakıt tedariki, nükleer enerjinin gelişmesi açısından son derece önemlidir. Dünyadaki doğal uranyumun mevcut talebi yaklaşık 60 bin ton olup, toplam rezervler yaklaşık 16 milyon tondur.

21. yüzyılda Dünyada elektrik üretiminin daha ileri teknolojiler kullanılarak artmasının sağlanmasında nükleer enerjinin rolü hızla artacaktır. Nükleer enerjinin uzun vadede henüz ciddi bir rakibi yok. Gelişimini büyük ölçekte gerçekleştirmek için, daha önce de belirtildiği gibi, aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir: yüksek verimlilik, kaynakların kullanılabilirliği, enerji yedekliliği, güvenlik, kabul edilebilir çevresel etki. İlk üç gereklilik, termal ve hızlı reaktörlerden oluşan iki bileşenli bir nükleer enerji yapısı kullanılarak karşılanabilir. Böyle bir yapıyla doğal uranyumun kullanım verimliliğini önemli ölçüde artırmak, üretimini azaltmak ve biyosfere radon giriş seviyesini sınırlamak mümkündür. Her iki tip reaktör için de gerekli güvenlik seviyesine ulaşmanın ve sermaye maliyetlerini azaltmanın yolları zaten biliniyor; bunların uygulanması için zaman ve para gerekiyor. Toplum nükleer enerjinin daha da geliştirilmesi ihtiyacını anladığında, iki bileşenli bir yapının teknolojisi fiilen hazırlanacak, ancak nükleer santrallerin ve yakıt da dahil olmak üzere endüstrinin yapısının optimize edilmesi açısından hala yapılması gereken çok şey var. bisiklet işletmeleri.

Çevresel etki düzeyi esas olarak yakıt döngüsündeki (uranyum, plütonyum) ve depolama tesislerindeki (Np, Am, Cm, fisyon ürünleri) radyonüklitlerin miktarına göre belirlenir.

Kısa ömürlü izotoplara (örneğin 1 1 I ve 9 0 Sr, l 7 Cs) maruz kalma riski, nükleer santrallerin, depolama tesislerinin ve yakıt çevrimi işletmelerinin güvenliğinin arttırılmasıyla kabul edilebilir bir düzeye indirilebilir. Böyle bir riskin kabul edilebilirliği pratikte kanıtlanabilir. Ancak uzun ömürlü aktinitlerin ve fisyon ürünlerinin milyonlarca yıl boyunca bertaraf edilmesinin güvenilirliğini kanıtlamak zor ve göstermek imkansızdır.

Kuşkusuz, radyoaktif atıkları güvenilir bir şekilde imha etmenin yollarını aramaktan vazgeçemeyiz, ancak enerji üretmek için aktinit kullanma olasılığını geliştirmek gerekir; Yakıt döngüsünün yalnızca uranyum ve plütonyum için değil aynı zamanda aktinit (Np, Am, Cm, vb.) için de kapatılması. Tehlikeli, uzun ömürlü fisyon ürünlerinin termal nötron reaktörleri sisteminde dönüştürülmesi, ilave nedenler nedeniyle nükleer enerjinin yapısını karmaşıklaştıracaktır. teknolojik süreçler nükleer yakıtın üretimi ve işlenmesine yönelik veya nükleer santral türlerinin sayısı artacaktır. Np, Am, Cm, diğer aktinitlerin ve fisyon ürünlerinin reaktör yakıtına dahil edilmesi, bunların tasarımını karmaşıklaştıracak, yeni nükleer yakıt türlerinin geliştirilmesini gerektirecek ve güvenliği olumsuz etkileyecektir.

Bu bağlamda, Np, Am, Cm ve diğer aktinitlerin yakılması ve bazı fisyon ürünlerinin dönüştürülmesi için termal ve hızlı reaktörler ve reaktörlerden oluşan üç bileşenli bir nükleer enerji yapısı oluşturma olasılığı değerlendirilmektedir.

En önemli sorun nükleer yakıta dönüştürülebilen radyoaktif atıkların işlenmesi ve bertarafıdır.

21. yüzyılın ilk yarısında insanlık, yüklü parçacık hızlandırıcıları kullanan elektronnükleer ve gelecekte güçlerin birleştirilmesi ve uluslararası işbirliği gerektiren termonükleer de dahil olmak üzere yeni enerji türlerinin geliştirilmesine yönelik bilimsel ve teknik bir atılım yapmak zorunda kalacak.

Tianwan NGS, şu anda Çin'de inşaatı devam eden tüm nükleer santraller arasında güç ünitelerinin birim kapasitesi bakımından en büyüğüdür. Master planı, her biri 1000 MW kapasiteli dört güç ünitesinin inşa edilmesini öngörüyor. İstasyon, Pekin ile Şanghay arasında, Sarı Deniz kıyısında yer alıyor. İnşaat işleri 1998 yılında sahada başladı. Mayıs 2006'da devreye alınan nükleer santralin su soğutmalı su reaktörü VVER-1000/428 ve K-1000-60/3000 türbininden oluşan ilk güç ünitesi 2 Haziran 2007'de işletmeye alındı, ikincisi ise 2 Haziran 2007'de devreye alındı. aynı tipteki ünite 12 Eylül 2007'de devreye alındı. Şu anda nükleer santralin her iki güç ünitesi de %100 güçte istikrarlı bir şekilde çalışıyor ve Çin'in Jiangsu eyaletine elektrik sağlıyor. Tianwan nükleer santralinin üçüncü ve dördüncü güç ünitelerinin inşa edilmesi planlanıyor.

Sanayileşmenin başlangıcından beri klasik enerji kaynakları doğal kaynaklardı: enerji üretmek için yakılan petrol, gaz ve kömür. Sanayinin ve diğer sektörlerin gelişmesiyle birlikte, kaçınılmazlığın da etkisiyle, insanlık, çevreye bu denli zararlı etkisi olmayan, enerji verimliliği daha yüksek ve tükenmeyi gerektirmeyen yeni enerji kaynaklarını her geçen gün daha fazla keşfediyor. tükenebilir doğal kaynaklara sahiptir. Nükleer enerji (atom enerjisi olarak da adlandırılır) özel ilgiyi hak ediyor.

Avantajı nedir? Nükleer enerji, öncelikle uranyumun ve daha az ölçüde plütonyumun enerji kaynağı olarak kullanılmasına dayanmaktadır. Uranyum rezervleri yerkabuğu modern teknolojiler kullanılarak çıkarılabilecek dünya okyanuslarının ise 108 ton olduğu tahmin edilmektedir. Bu miktar, örneğin aynı petrolün kalan rezervleriyle karşılaştırılamayacak kadar binlerce yıl sürecek. Nükleer enerji, uygun işletim ve atıkların bertaraf edilmesiyle pratik olarak güvenlidir. ekolojik durum- Çeşitli zararlı maddelerin çevreye emisyon miktarı ihmal edilebilir düzeydedir. Son olarak ekonomik açıdan etkilidir. Bütün bunlar nükleer enerjinin geliştirilmesinin bir bütün olarak enerji endüstrisi için büyük önem taşıdığını göstermektedir.

Günümüzde nükleer santrallerin küresel enerji üretimindeki payı %16 civarındadır. Nükleer enerji şu anda biraz daha yavaş bir hızda gelişiyor. Bunun temel nedeni ise halk arasında tehlike olduğuna dair yaygın inanıştır. Birkaç yıl önce Japonya'da yaşanan ve hâlâ unutulmayan felaket, nükleer enerjinin hoş olmayan imajına katkıda bulunuyor. Gerçek şu ki, bu tür felaketlerin nedenleri her zaman ve/veya güvenlik düzenlemelerine uyulmamasıdır. Buna göre dikkatli çalışma ve güvenlik önlemlerinin geliştirilmesi ile bu tür olayların yaşanma olasılığı en aza indirilmektedir.

Nükleer enerjinin diğer sorunları arasında çalışmayan nükleer santrallerin imhası ve akıbeti ile ilgili sorular da yer alıyor. Atıklara gelince, miktarı enerji sektörünün diğer sektörlerine göre önemli ölçüde daha azdır. Atıkların en uygun şekilde bertaraf edilmesi için çeşitli çalışmalar da yürütülmektedir.

Ancak modern endüstride nükleer enerjiye yönelik beklentiler oldukça olumsuz. Teorik avantajına rağmen gerçekte nükleer enerjinin klasik endüstrilerin yerini tamamen alamayacağı ortaya çıktı. Ayrıca kamuoyunun buna olan güvensizliği ve nükleer santrallerde güvenliğin sağlanmasında yaşanan sorunlar da rol oynuyor. Nükleer enerji kesinlikle yakın zamanda ortadan kalkmayacak olsa da, çok fazla umut taşıması pek olası değil ve sadece geleneksel enerji endüstrisinin bir tamamlayıcısı olacak.

Nükleer enerji, enerji sektörünün dallarından biridir. Elektrik üretimi, ağır radyoaktif metal çekirdeklerinin bölünmesi sırasında ortaya çıkan ısıya dayanmaktadır. En yaygın kullanılan yakıtlar, özel nükleer reaktörlerde bozunan plütonyum-239 ve uranyum-235 izotoplarıdır.

2014 yılı istatistiklerine göre nükleer enerji dünyadaki tüm elektriğin yaklaşık %11'ini üretiyor. Nükleer enerji üretiminde ilk üç ülke ABD, Fransa ve Rusya'dır.

Bu tür enerji çıkarımı, kendi Doğal Kaynaklarülkeler gerekli miktarlarda enerji üretimine izin vermemektedir. Ancak bu enerji sektörünü çevreleyen tartışmalar hala devam ediyor. Ekonomik verimlilik ve üretim güvenliği sorgulanıyor tehlikeli atık ve nükleer silah endüstrisine olası uranyum ve plütonyum sızıntıları.

Nükleer enerjinin gelişimi

Nükleer elektrik ilk kez 1951 yılında üretildi. Amerika Birleşik Devletleri'nin Idaho eyaletinde bilim adamları 100 kilowatt kapasiteli, stabil çalışan bir reaktör inşa ettiler. Savaş sonrası yıkım ve elektrik tüketimindeki hızlı artış sırasında nükleer enerji özel bir önem kazandı. Bu nedenle, üç yıl sonra, 1954'te Obninsk şehrindeki güç ünitesi faaliyete geçti ve lansmandan bir buçuk ay sonra ürettiği enerji Mosenergo ağına akmaya başladı.

Bundan sonra nükleer santrallerin inşası ve devreye alınması büyük bir ivme kazandı:

• 1956 - İngiltere'de 50 MW kapasiteli Calder Hall-1 nükleer santrali faaliyete geçti;
• 1957 - ABD'de Shippingport nükleer santralinin açılışı (60 megawatt);
• 1959 - Fransa'nın Avignon yakınlarında 37 MW kapasiteli Marcoule istasyonu açıldı.

SSCB'de nükleer enerjinin gelişiminin başlangıcı, 100 MW kapasiteli Sibirya Nükleer Santrali'nin inşası ve devreye alınmasıyla işaretlendi. O dönemde nükleer endüstrinin gelişme hızı artıyordu: 1964'te Beloyarsk ve Novovoronezh nükleer santrallerinin sırasıyla 100 ve 240 MW kapasiteli ilk üniteleri açıldı. 1956'dan 1964'e kadar olan dönemde SSCB dünya çapında 25 nükleer tesis inşa etti.

Daha sonra 1973 yılında Leningrad Nükleer Santrali'nin 1000 MW kapasiteli ilk yüksek güçlü ünitesi devreye alındı. Bir yıl önce Kazakistan'ın Şevçeko şehrinde (şimdiki Aktau) bir nükleer enerji santrali çalışmaya başladı. Ürettiği enerji Hazar Denizi sularının tuzdan arındırılmasında kullanıldı.

20. yüzyılın 70'li yıllarının başlarında, nükleer enerjinin hızlı gelişimi bir dizi nedenden dolayı haklıydı:

• Kullanılmayan hidroelektrik kaynaklarının yokluğu;
• elektrik tüketiminde ve enerji maliyetlerinde artış;
• enerji kaynaklarına ticaret ambargosu Arap ülkeleri;
• nükleer santral inşa etme maliyetinde beklenen azalma.

Ancak aynı yüzyılın 80'li yıllarında durum tam tersi oldu: elektrik talebi ve doğal yakıt maliyeti istikrara kavuştu. Tam tersine nükleer santral inşa etmenin maliyeti arttı. Bu faktörler bu sanayi sektörünün gelişmesinin önünde ciddi engeller yaratmıştır.

1986 yılında Çernobil nükleer santralinde meydana gelen kaza, nükleer enerjinin geliştirilmesinde ciddi sorunlar yarattı. İnsan yapımı büyük ölçekli bir felaket, tüm dünyayı barışçıl atomun güvenliği hakkında düşünmeye zorladı. Aynı zamanda nükleer enerji sektörünün tamamında bir durgunluk dönemi başladı.

21. yüzyılın başlangıcı Rus nükleer enerjisinin yeniden canlanmasına işaret ediyordu. 2001-2004 yılları arasında üç yeni güç ünitesi devreye alındı.

Mart 2004'te Cumhurbaşkanlığı Kararnamesi uyarınca Federal Atom Enerjisi Kurumu kuruldu. Ve üç yıl sonra yerini devlet şirketi Rosatom aldı

Mevcut haliyle Rus nükleer enerjisi, personeli 230 bine yaklaşan 350'den fazla işletmeden oluşan güçlü bir komplekstir. Şirket, nükleer yakıt rezervleri ve nükleer enerji üretim hacimleri açısından dünyada ikinci sırada yer alıyor. Sektör aktif olarak gelişiyor; 9 nükleer güç ünitesinin inşaatı modern güvenlik standartlarına uygun olarak devam ediyor.

Nükleer enerji endüstrileri

Modern Rusya'da nükleer enerji, birkaç endüstriden oluşan karmaşık bir komplekstir:

• nükleer reaktörlerin ana yakıtı olan uranyumun madenciliği ve zenginleştirilmesi;
• uranyum ve plütonyum izotoplarının üretimi için bir işletme kompleksi;
• Nükleer enerji santrallerinin tasarımı, inşası ve işletilmesiyle ilgili görevleri yerine getiren nükleer enerji işletmeleri;
• nükleer santrallerin üretimi.

Araştırma enstitüleri, elektrik üretim teknolojilerini geliştirip iyileştirdikleri nükleer enerjiyle dolaylı olarak ilgilidir. Bu tür kurumlar aynı zamanda nükleer silahlar, güvenlik ve gemi inşası sorunlarıyla da ilgilenmektedir.

Rusya'da nükleer enerji

Rusya, uranyum cevheri madenciliğinden nükleer santrallerde elektrik üretimine kadar tam döngülü nükleer teknolojilere sahiptir. Nükleer enerji kompleksi, 35 işletme güç ünitesine sahip 10 işletme enerji santralini içermektedir. 6 nükleer santralin inşaatı da aktif olarak devam ediyor, 8 nükleer santralin daha inşası için planlar yapılıyor.

Rus nükleer santrallerinin ürettiği enerjinin çoğu doğrudan halkın ihtiyaçlarını karşılamak için kullanılıyor. Ancak Beloyarskaya ve Leningradskaya gibi bazı istasyonlar yakınlardaki yerleşim yerlerine sıcak su sağlıyor. Rosatom, ülkenin seçilen bölgelerini ucuza ısıtmayı mümkün kılacak bir nükleer ısıtma tesisini aktif olarak geliştiriyor.

Dünyadaki ülkelerde nükleer enerji

Nükleer enerji üretiminde ilk sırayı, yılda 798 milyar kilowatt saat kapasiteli 104 nükleer reaktörle ABD alıyor. İkinci sırada 58 reaktörün bulunduğu Fransa yer alıyor. Arkasında ise 35 güç ünitesiyle Rusya yer alıyor. İlk beşte Güney Kore ve Çin yer alıyor. Her ülkenin 23 reaktörü var, üretilen nükleer elektrik hacmi açısından yalnızca Çin Kore'den sonra ikinci sırada yer alıyor - 123 milyar kWh/yıl ve 149 milyar kWh/yıl.