Divdesmitā gadsimta vidū cilvēces labākie prāti cītīgi strādāja pie diviem uzdevumiem vienlaikus: pie atombumbas izveides un arī pie atombumbas enerģijas izmantošanas miermīlīgiem nolūkiem. Tā parādījās pasaulē pirmās atomelektrostacijas. Kāds ir atomelektrostacijas darbības princips? Un kur pasaulē atrodas lielākās no šīm spēkstacijām?
Kodolenerģijas vēsture un iezīmes
"Enerģija ir visa galva" - šādi var pārfrāzēt labi zināmu sakāmvārdu, ņemot vērā 21. gadsimta objektīvās realitātes. Ar katru jaunu tehnoloģiskā progresa kārtu cilvēcei ir vajadzīgs arvien lielāks tā daudzums. Mūsdienās "mierīgā atoma" enerģija tiek aktīvi izmantota ekonomikā un ražošanā, un ne tikai enerģētikā.
Elektrība, ko ražo tā sauktās atomelektrostacijas (kas darbojas pēc ļoti vienkārša principa), tiek plaši izmantota rūpniecībā, kosmosa izpētē, medicīnā un lauksaimniecībā.
Kodolenerģija ir smagās rūpniecības nozare, kas iegūst siltumu un elektroenerģiju no atoma kinētiskās enerģijas.
Kad tie parādījāspirmās atomelektrostacijas? Padomju zinātnieki pētīja šādu spēkstaciju darbības principu jau 40. gados. Starp citu, paralēli viņi arī izgudroja pirmo atombumbu. Tādējādi atoms bija gan "miermīlīgs", gan nāvējošs.
1948. gadā I. V. Kurčatovs ierosināja padomju valdībai sākt veikt tiešu darbu pie atomenerģijas ieguves. Divus gadus vēlāk Padomju Savienībā (Obņinskas pilsētā, Kalugas apgabalā) sākās pašas pirmās atomelektrostacijas celtniecība uz planētas.
Visu atomelektrostaciju darbības princips ir līdzīgs, un to nemaz nav grūti saprast. Tas tiks apspriests tālāk.
AES: darbības princips (foto un apraksts)
Jebkuras atomelektrostacijas darba pamatā ir spēcīga reakcija, kas notiek atoma kodola skaldīšanas laikā. Visbiežāk šajā procesā tiek iesaistīti urāna-235 vai plutonija atomi. Atomu kodols sadala neitronu, kas tajos nonāk no ārpuses. Šajā gadījumā tiek ražoti jauni neitroni, kā arī skaldīšanas fragmenti, kuriem ir milzīga kinētiskā enerģija. Tieši šī enerģija ir jebkuras atomelektrostacijas galvenais un galvenais produkts
Tā var raksturot atomelektrostacijas reaktora darbības principu. Nākamajā fotoattēlā varat redzēt, kā tas izskatās no iekšpuses.
Ir trīs galvenie kodolreaktoru veidi:
- lieljaudas kanālu reaktors (saīsināti kā RBMK);
- spiediena ūdens reaktors (VVER);
- ātro neitronu reaktors (FN).
Atsevišķi ir vērts aprakstīt atomelektrostaciju darbības principu kopumā. Kā tas darbojas, tiks apspriests.nākamajā rakstā.
AES darbības princips (diagramma)
Atomelektrostacija darbojas noteiktos apstākļos un stingri noteiktos režīmos. Papildus kodolreaktoram (vienam vai vairākiem) atomelektrostacijas struktūrā ietilpst arī citas sistēmas, īpašas iekārtas un augsti kvalificēts personāls. Kāds ir atomelektrostaciju darbības princips? To var īsi aprakstīt šādi.
Jebkuras atomelektrostacijas galvenais elements ir kodolreaktors, kurā notiek visi galvenie procesi. Par to, kas notiek reaktorā, rakstījām iepriekšējā sadaļā. Kodoldegviela (parasti visbiežāk urāns) mazu melnu granulu veidā tiek ievadīta šajā milzīgajā katlā.
Kodolreaktorā notiekošo reakciju laikā izdalītā enerģija tiek pārvērsta siltumā un pārnesta uz dzesēšanas šķidrumu (parasti ūdeni). Jāņem vērā, ka šī procesa laikā dzesēšanas šķidrums saņem arī noteiktu starojuma devu.
Tālāk siltums no dzesēšanas šķidruma tiek nodots parastajam ūdenim (caur speciālām ierīcēm - siltummaiņiem), kas rezultātā uzvārās. Iegūtais ūdens tvaiks virza turbīnu. Pēdējam ir pievienots ģenerators, kas ģenerē elektrisko enerģiju.
Tātad pēc atomelektrostacijas darbības principa šī ir tā pati termoelektrostacija. Vienīgā atšķirība ir tajā, kā tiek ražots tvaiks.
Kodolenerģijas ģeogrāfija
Piecas valstis, kas ražo kodolenerģiju, ir šādas:
- ASV.
- Francija.
- Japāna.
- Krievija.
- Dienvidkoreja.
Tajā pašā laikā Amerikas Savienotās Valstis, saražojot aptuveni 864 miljardus kWh gadā, saražo līdz pat 20% no pasaules elektroenerģijas.
Pavisam 31 pasaules štatā darbojas atomelektrostacijas. No visiem planētas kontinentiem tikai divi (Antarktīda un Austrālija) ir pilnībā brīvi no kodolenerģijas.
Šodien pasaulē darbojas 388 kodolreaktori. Tiesa, 45 no tiem elektrību neražo jau pusotru gadu. Lielākā daļa kodolreaktoru atrodas Japānā un ASV. To pilna ģeogrāfija ir parādīta nākamajā kartē. Valstis, kurās darbojas kodolreaktori, ir atzīmētas ar zaļu krāsu, norādīts arī to kopējais skaits konkrētā stāvoklī.
Kodolenerģijas attīstība dažādās valstīs
Kopumā uz 2014. gadu ir vērojams vispārējs kodolenerģijas attīstības kritums. Līderes jaunu kodolreaktoru būvniecībā ir trīs valstis: Krievija, Indija un Ķīna. Turklāt vairākas valstis, kurās nav atomelektrostaciju, plāno tās būvēt tuvākajā nākotnē. To skaitā ir Kazahstāna, Mongolija, Indonēzija, Saūda Arābija un vairākas Ziemeļāfrikas valstis.
No otras puses, vairākas valstis ir uzsākušas pakāpenisku atomelektrostaciju skaita samazināšanu. Tajos ietilpst Vācija, Beļģija un Šveice. Un dažās valstīs (Itālijā, Austrijā, Dānijā, Urugvajā) kodolenerģija ir aizliegta likumdošanas līmenī.
Galvenās kodolenerģijas problēmas
Ar kodolenerģijas attīstību ir saistīta viena nozīmīga vides problēma. Tas ir tā sauktais termiskais vides piesārņojums. Tādējādi, pēc daudzu ekspertu domām, atomelektrostacijas izdala vairāk siltuma nekā tādas pašas jaudas termoelektrostacijas. Īpaši bīstams ir termālā ūdens piesārņojums, kas izjauc bioloģisko organismu dabiskos dzīves apstākļus un izraisa daudzu zivju sugu bojāeju.
Vēl viena aktuāla problēma saistībā ar kodolenerģiju attiecas uz kodoldrošību kopumā. Pirmo reizi cilvēce nopietni domāja par šo problēmu pēc Černobiļas katastrofas 1986. gadā. Černobiļas atomelektrostacijas darbības princips daudz neatšķīrās no citu atomelektrostaciju darbības principa. Tomēr tas viņu neglāba no lielas un nopietnas avārijas, kas radīja ļoti nopietnas sekas visai Austrumeiropai.
Turklāt kodolenerģijas radītās briesmas neaprobežojas tikai ar iespējamām cilvēka izraisītām avārijām. Tātad ar kodolatkritumu apglabāšanu rodas lielas problēmas.
Kodolenerģijas priekšrocības
Tomēr kodolenerģijas attīstības atbalstītāji nosauc arī skaidras atomelektrostaciju priekšrocības. Tādējādi jo īpaši Pasaules kodolenerģijas asociācija nesen publicēja savu ziņojumu ar ļoti interesantiem datiem. Pēc viņa teiktā, cilvēku upuru skaits, kas pavada viena gigavata elektroenerģijas ražošanu atomelektrostacijās, ir 43 reizes mazāks nekā tradicionālajās termoelektrostacijās.
Ir arī citas tikpat svarīgas priekšrocības. Proti:
- lēta elektroenerģijas ražošana;
- kodolenerģijas vides tīrība (izņemot termālo ūdeņu piesārņojumu);
- trūkst stingras ģeogrāfiskās norādes uz kodolspēkstacijām uz lieliem degvielas avotiem.
Secinājuma vietā
1950. gadā tika uzcelta pasaulē pirmā atomelektrostacija. Atomelektrostaciju darbības princips ir atoma skaldīšana ar neitrona palīdzību. Šis process atbrīvo milzīgu enerģijas daudzumu.
Šķiet, ka kodolenerģija ir ārkārtējs labums cilvēcei. Tomēr vēsture ir pierādījusi pretējo. Jo īpaši divas lielas traģēdijas - avārija padomju Černobiļas atomelektrostacijā 1986. gadā un avārija Japānas spēkstacijā Fukušima-1 2011. gadā - demonstrēja "miermīlīgā" atoma radītās briesmas. Un daudzas pasaules valstis šodien sāka domāt par daļēju vai pat pilnīgu kodolenerģijas noraidīšanu.
