Kas ir kodolspēkstacija? Definīcija, darbības princips un riski

Uzzini, kas ir kodolspēkstacija, kā tā darbojas, kāda ir urāna loma, drošības riski un vēsturiskie negadījumi — skaidri, precīzi un saprotami.

Atomelektrostacija ir tāda veida spēkstacija, kas ražo elektroenerģiju, izmantojot kodolreakciju siltumu. Šīs reakcijas notiek reaktorā. Spēkstacijā ir arī iekārtas, kas no reaktora atdala siltumu, lai darbinātu tvaika turbīnu un ģeneratoru un ražotu elektroenerģiju. Elektrību, ko ražo kodolspēkstacijās, sauc par kodolenerģiju.

Kodolspēkstacijas parasti atrodas netālu no ūdens, lai atdalītu reaktora radīto siltumu. Dažās atomelektrostacijās šim nolūkam izmanto dzesēšanas torņus. Kodolspēkstacijās kā kurināmo izmanto urānu. Kad reaktors ir ieslēgts, urāna atomi reaktorā sadalās divos mazākos atomos. Kad urāna atomi sadalās, tie izdala lielu siltuma daudzumu. Šo atomu sadalīšanos sauc par skaldīšanos.

Vispopulārākie atomi, kurus var skaldīt, ir urāns un plutonijs. Šie atomi ir nedaudz radioaktīvi. Atomi, kas rodas, sadaloties degvielas atomiem, ir stipri radioaktīvi. Mūsdienās skaldīšanās notiek tikai kodolreaktoros. Kodolreaktoros skaldīšanās notiek tikai tad, ja reaktora daļas ir pareizi izvietotas. Kodolspēkstacijas izslēdz reaktorus, kad veco kodoldegvielu nomaina pret jaunu.

Pasaulē ir aptuveni četri simti atomelektrostaciju, no kurām daudzas atrodas ASV, Francijā un Japānā. Dažas slavenas avārijas atomelektrostacijās bija 2011. gada Fukušimaskodolkatastrofa Japānā, 1986. gada Černobiļas katastrofa Ukrainā un 1979. gada Trīs jūdžu salas avārija ASV. Pret kodolenerģiju vērsta kustība Austrālijā iestājas pret jebkādu atomelektrostaciju būvniecību valstī.

Darbības princips — kā darbojas kodolspēkstacija

Galvenais darba princips ir kodolskaldīšanās ķēdes reakcija reaktorā. Kad neķīmiski ietekmēts urāna vai plutonija kodols sadalās, tas atbrīvo neitronus un lielu daudzumu siltuma. Neitroni var trāpīt citiem kodoliem un izraisīt jaunas skaldīšanās reakcijas — tā rodas pašatbalstoša ķēdes reakcija, kuru regulē reaktora iekšējās sistēmas.

Siltums, kas tiek iegūts no kodolreakcijas, tiek pārnests uz darba šķidrumu (parasti ūdeni vai citu vadošu šķidrumu), kas veido tvaiku. Tvaiks rotē turbīnu, tādējādi griežot ģeneratoru un ražojot elektroenerģiju. Pēc tam tvaiks kondensējas un atgriežas kā cirkulējošs dzesēšanas šķidrums.

Galvenās sastāvdaļas

• Reaktors: vieta, kur notiek skaldīšanās un kur tiek izvietota urāna vai cita kodoldegviela.
• Degošās stiegras un vadības stiegras: stiegras, kas satur degvielu, un vadības stiegras, kuras absorbē neitronus, lai palēninātu vai apturētu ķēdes reakciju.
• Siltuma pārneses sistēma: cauruļvada un siltummaini tīkls, kas vada siltumu uz tvaika ģenerēšanu.
• Turbīnas un ģeneratori: pārvērš termisko enerģiju mehāniskā un pēc tam elektrības enerģijā.
• Dzesēšanas sistēma: parasti izmanto lielu ūdens daudzumu vai dzesēšanas torņus. Dzesēšana novērš pārmērīgu sasilšanu un bojājumus.
• Saslodzīšanas konstrukcija (containment): bieza tērauda/betona kupola vai blīve, kas kavē radioaktīvu vielu izplatīšanos ārpus reaktora avārijas gadījumā.

Drošība un aizsardzības sistēmas

Kodolspēkstacijas izmanto daudzslāņu drošības pieeju — no rūpīgi konstruēta reaktora līdz vairākkārtējiem dublētiem avārijas dzesēšanas un barošanas sistēmu līmeņiem. Galvenās drošības metodes:

• vadības stiegras un avārijas apstāšanās sistēmas, kas aptur ķēdes reakciju;
• kritisko sistēmu dublēšana (redundance) un neatkarīgas rezerves barošanas iekārtas;
• nogāžu un noplūžu atklāšanas sensori un ātras reaģēšanas vadība;
• avārijas kodolreaktora dzesēšanas sistēmas (Emergency Core Cooling Systems), kas novērš kodoldegvielas pārkaršanu;
• stingra regulatoru uzraudzība, regulāras pārbaudes un operatoru apmācība.

Radioaktīvie atkritumi un to pārvaldība

Pēc degvielas izņemšanas tā parasti vispirms atrodas izlietoto degvielas baseinos, kur to atdzesē un samazinās siltums un īslaicīgā radioaktivitāte. Pēc tam izlietotā degviela var tikt pārvietota uz sausajiem uzglabāšanas konteineriem vai tiek pārstrādāta (kur tas ir tehniski un politiski iespējams). Ilgtermiņa risinājums prasa drošu, stabilu krātuvi dziļos ģeoloģiskos slāņos, kas spēj uzturēt radioaktivitātes izolāciju gadsimtiem un tūkstošiem gadu.

Riski un ievērojamas avārijas

Kodolenerģijas ražošanai ir gan tehniskie, gan vides riski. Svarīgākie no tiem ir:

• reaktora pārkaršana un kodoldegvielas bojājums, kas var izraisīt radioaktīvu materiālu izplatīšanos;
• īpaši nopietnas avārijas var radīt plašu teritoriju kontamināciju un ilgtermiņa veselības riskus;
• garozas radioaktīvo atkritumu uzglabāšanas problēmas un nepieciešamība nodrošināt drošu uzglabāšanu daudzus gadsimtus.

Vēsturiskas avārijas, kas atzīmētas sabiedrības apziņā, ir 2011. gada Fukušimaskodolkatastrofa Japānā, 1986. gada Černobiļas katastrofa Ukrainā un 1979. gada Trīs jūdžu salas avārija ASV. Šīs avārijas uzsvēra nepieciešamību pēc stingrākām drošības prasībām, labākas risku pārvaldības un katastrofu plānošanas.

Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības: kodolenerģija rada lielu daudzumu elektroenerģijas no neliela degvielas daudzuma un rada ļoti maz CO2 emisiju ekspluatācijas laikā, tādējādi noder enerģijas nodrošināšanai ar zemu oglekļa nospiedumu;
• Trūkumi: augstas sākotnējās izmaksas, sarežģīta atkritumu pārvaldība, potenciāli postošas avārijas un drošības/teritorijas aizsardzības prasības;
• cilvēku un sabiedrības uzticība kodolenerģijai var būt zema pēc lieliem incidentiem, un politiskie lēmumi bieži ietekmē nozares attīstību.

Nākotnes tendences

Attīstībā ir vairākas tehnoloģijas, kas var mainīt kodolenerģijas lomu nākotnē: mazie moduļu reaktori (SMR), modernizēti drošības elementi, uzlabota degvielas pārstrādes tehnoloģija un pētniecība kodolfūzijā. Daudzas valstis izvērtē kodolenerģiju kā veidu, kā samazināt oglekļa emisijas, vienlaikus saglabājot stabilu enerģijas piegādi.

Kopsavilkums

Kodolspēkstacija ir spēcīgs un augstas jaudas enerģijas avots, kura darbības pamats ir skaldīšanās. Tā sniedz priekšrocības attiecībā uz enerģijas blīvumu un zemām CO2 emisijām ekspluatācijas laikā, bet prasa stingru drošību, efektīvu radioaktīvo atkritumu pārvaldību un pastāvīgu regulēšanu, lai mazinātu riskus. Pasaules mērogā ir aptuveni četri simti atomelektrostaciju, un diskusijas par to lomu enerģijas miksā turpinās, ietekmējot gan tehnoloģisko attīstību, gan sabiedrības lēmumus.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir atomelektrostacija?

J: Kā atomelektrostacija ražo elektroenerģiju?

J: Kādu degvielu izmanto kodolspēkstacijās?

Jautājums: Kur šodien var notikt tikai kodola skaldīšanās?

J: Cik daudz kodolspēkstaciju ir pasaulē?

J: Kādi ir daži slaveni negadījumi atomelektrostacijās?

Vai Austrālijā ir pret kodolenerģiju vērsta kustība?

Meklēt pēc burta