Generale

Nuklearno topljenje i kako se to može spriječiti


Trenutno ih ima438 nuklearni reaktori koji danas rade u svijetu. Dvije su trenutno u fazi zatvaranja71 su u izgradnji. Zajedno generišu gotovo400.000 MWemoći. U 2014. godini proizvedeni su nuklearni reaktori 11% cjelokupne svjetske proizvodnje energije. Sva ta snaga koja dolazi iz radioaktivnog izvora postavlja važno pitanje: Šta bi se dogodilo za vrijeme nuklearnog topljenja?

Mnogo je insinuacija vezanih za nuklearnu energiju. U istoriji su se dogodila dva katastrofalna nuklearna otapanja koja su rezultirala ljudskim žrtvama i neispričanom štetom po životnu sredinu. Međutim, od događaja koji su uslijedili nakon Černobila i Fukušime, nuklearni reaktori širom svijeta pretrpjeli su značajne modifikacije kako bi osigurali da se događaji koji su se dogodili u prošlosti povijesti više nikada ne ponove.

Možda najsigurniji reaktori na svijetu pripadaju samo Kanadi, jednom od svjetskih lidera u proizvodnji nuklearne energije i tehnologijama.

CANDU reaktor

Reaktor CANDU ime je stekao po zemlji u kojoj je izumljen - Kanadi. Takođe je koristio deuterijum oksid (tešku vodu) kao moderator, a uran kao izvor goriva.

Reaktori su jedinstveni po tome što koriste tehnologije koje većina drugih reaktora ne može podudariti.

Napredni generator energije je najefikasniji od svih reaktora na uranijum. U usporedbi s drugim vrstama reaktora, CANDU reaktor koristi oko 15% manje urana od reaktora vode pod pritiskom za svaki megavat proizvedene električne energije.

Reaktoru takođe nije potreban obogaćeni uranijum, što isključuje potrebu za dodatnim korakom rafinerije.

"CANDU reaktori mogu se napuniti gorivom dok rade punom snagom, dok se većina drugih izvedbi mora isključiti radi punjenja gorivom. Štoviše, jer prirodni uranij ne zahtijeva obogaćivanje, troškovi goriva za CANDU reaktore vrlo su mali", objašnjava Kanadsko nuklearno udruženje.

Bez potrebe za obogaćenim uranom, reaktori CANDU rade sa relativno manje urana, a time i s manjim troškovima. Pored toga, radioaktivni otpad je znatno manje opasan.

Kako radi

Nuklearni reaktori su izuzetno jednostavni. S reaktorom CANDU stvara energiju iskorištavanjem energije iz reakcije cijepanja. Do fisije dolazi kada se nestabilni atom razdvoji, oslobađajući zračenje i toplotu.

Izvor goriva reaktora sastoji se od prirodnog urana. Nestabilna svojstva urana uzrokuju razdvajanje atoma na stabilnije izotope, što rezultira oslobađanjem toplote i zračenja.

Zračenje koje rezultira stvara lančanu reakciju cijepanjem drugih jezgara, stvarajući više toplote i više zračenja. Dio procesa raspadanja oslanja se na emisiju neutronskog zračenja.

Kako se neutroni izbacuju velikom brzinom, oni se sudaraju s drugim jezgrima da bi pokrenuli raspad ostalih atoma, nastavljajući lanac fisionih reakcija.

Sav uran sadržan je u specijaliziranim proizvodima gorivne šipke.

Gorivne šipke se značajno zagrijavaju i moraju se hladiti vodom. Voda teče preko šipki da bi ih ohladila, a istovremeno dovodi do brzog zagrijavanja. Toplina i pritisak tada mogu da se iskoriste pomoću parne turbine.

U reaktorima CANDU teška voda koristi se za hlađenje šipki. Međutim, budući da voda prolazi preko šipki, ona je izložena opasnim količinama zračenja.

Kako bi se spriječilo curenje zračenja, teška voda struji kroz izmjenjivač toplote koji većinu svoje toplote prenosi u zasebni sistem hlađenja bez miješanja rashladne tečnosti. Toplina se prenosi u nezavisni protok vode koji ostaje neradioaktivan.

Odatle voda ključa stvarajući paru i pritisak. Turbina tada može prikupiti energiju i proizvesti obilne količine energije čak i za najmanje reaktore.

Mali reaktori mogu pružiti napajanje milionima domova

Najmanji kanadski reaktor CANDU, smješten u Pickeringu u državi Ontario, sadrži samo četiri CANDU reaktora. Uprkos maloj veličini, elektrana pruža dovoljno energije za opskrbu 2,5 miliona domaćinstavasa strujom.

CANDU reaktori su nevjerovatno sigurni i efikasni u radu. Međutim, unutar reaktora ostaju visoko radioaktivni izotopi. Ako se s njima postupa pogrešno, ishod bi bio poražavajući.

Kako bi osigurali apsolutnu sigurnost svojih postrojenja, reaktori CANDU koriste neke od najnaprednijih i najsigurnijih tehnologija koje sprečavaju najgori mogući scenario: nuklearno topljenje.

Sprječavanje nuklearnog topljenja

U srcu nuklearne elektrane jenuklearni reaktor. Vodene pumpe kontinuirano cirkuliraju rashladnu tečnost preko šipki i kroz reaktor kako bi osigurale održavanje temperature na sigurnom nivou.

Čitav proces reakcije sadržan je ucalandria, vrsta visoko ojačane ljuske koja u potpunosti okružuje reaktor.

U normalnom radu, reaktor se kontrolira povećanjem, smanjenjem ili zaustavljanjem lančane reakcije koja se događa unutar reaktora.

Kontrolne šipke unutar jezgre reaktora mogu se podizati i spuštati kako bi se prilagodila brzina cijepanja urana. Kontrolne šipke sastoje se od elemenata uključujući bor, srebro, indijum i kadmijum - koji su svi dovoljni za apsorpciju neutrona - važna karakteristika usporavanja neutrona (čestice koje pokreću i povećavaju lančanu reakciju).

Tokom reakcije urana oslobađa se neutronsko zračenje. Kada se neutroni izbace iz urana tokom procesa cijepanja, oni se sudaraju s drugim atomima i pokreću više reakcija.

Budući da su kontrolne šipke dovoljne za apsorpciju neutrona, kada se uvedu u jezgru reaktora, presreću nevaljale neutrone i značajno usporavaju proces cijepanja.

Sigurnosni sigurnosni sustavi

Međutim, ukoliko kontrolne šipke ne uspiju usporiti brzinu reakcije do održivih nivoa, sekundarni sigurnosni sistem će otkriti nepravilnost i automatski će ubrizgati otrov koji će odmah zaustaviti lančanu reakciju.

Thesistem za kontrolu tečnog otrova uvodi otopinu bora kao bornog anhidrida i gadolinija kao gadolinijum nitrata, rastvorenog u D2O (teška voda).

Slično kontrolnim šipkama, otrov presreće neutrone, sprečavajući lančanu reakciju da se kaskadira u nuklearno topljenje.

I kontrolne šipke i sistem za ubrizgavanje otrova automatski se aktiviraju i funkcioniraju bez napajanja. Međutim, njima se može ručno upravljati. Sistemi se redovno ispituju i provjeravaju pod strogom regulativom.

Šta se događa tokom nestanka struje

U slučaju nestanka struje, automatski će se aktivirati i upravljačke šipke i sistemi ubrizgavanja, zaustavljajući lančanu reakciju.

Međutim, gorivne šipke i dalje proizvode toplinu i zahtijevaju hlađenje. Proizvedena toplota, poznata kaoraspadanje toplote, predstavlja mali dio toplote koja se proizvodi tokom normalnog rada.

Elektrana ima više izvora rezervne energije, uključujući i energiju koju sama generira kako bi pumpe održavale cirkulaciju vode i održavanje reaktora hladnim. Nuklearna elektrana zahtijeva samo jedan reaktor za pogon svih pumpi za vodu za hlađenje gorivih štapova.

Međutim, ako se svaki reaktor isključi bez dostupnosti vanjskog napajanja, generatori snage u nuždi drže se na mjestu kako bi se osiguralo kontinuirano napajanje vodenih pumpi.

U svakoj nuklearnoj elektrani u Kanadi postoje najmanje dva ili tri rezervna generatora energije, dva ili tri hitna generatora električne energije i baterije za nuždu.

U krajnje nevjerovatnom slučaju nestanka totalne stanice, nuklearne elektrane imaju još više rezervnih sistema kako bi se osiguralo da se elektrana ne otopi.

Prirodna cirkulacija

U ovom bi trenutku, bez pristupa vanjskom napajanju i s otkazivanjem više sigurnosnih sistema, počeli započeti hitni sigurnosni postupci.

Pod pretpostavkom da ne postoje vanjska snaga, unutarnja snaga i sredstva za napajanje iz rezervnih generatora, reaktori CANDU nastavit će prirodno hladiti reaktore prirodnom cirkulacijom.

Toplina raspada jezgre reaktora neprestano će se napajati vodom bez pumpi, sve dok je sliv vode iznad reaktora pun.

Rezervni vodovod će osigurati vodu generatorima pare za održavanje cirkulacije rashladne tečnosti. Tijekom dužih razdoblja, voda će se morati neprestano dodavati u sliv kako bi se osigurala stalna cirkulacija.

Oprema za sigurnosne kopije

Za to vrijeme uvodi se oprema za ublažavanje opasnosti kako bi se osiguralo da se reaktor stalno hladi. Kao odgovor na katastrofu u Fukušimi, sve kanadske elektrane sada imaju mobilnu opremu za nuždu u stanju pripravnosti. Za hlađenje reaktora mogu se koristiti mobilne pumpe i vatrogasna vozila.

Para se može osloboditi iz generatora pare kako bi se smanjila količina toplote i nakupljanja pritiska. Ova para dolazi iz sekundarnog sistema za hlađenje, potpuno je sigurna i nije radioaktivna.

Do ovog trenutka nije bilo zračenja i reaktor nije pretrpio štetu. Prema kanadskoj vladi, elektrana se i dalje može vratiti u mrežu nakon što je prošla niz provjera.

Potpuni kvar sistema: početak otapanja

Pod pretpostavkom da sva sigurnosna sigurnosna oprema zakaže i da se prirodna cirkulacija ne održi, teška voda počet će kipjeti u trezoru. Proizvodi se radioaktivna para, međutim zgrada reaktora sadržavat će sve zračenje.

Teška voda nastavit će kipjeti dok potpuno ne ispari. Teška voda sadržana u kalandriji također bi kipila, uzrokujući oštećenja gorivih šipki.

Važno je napomenuti da hitni sustavi mogu zaustaviti oštećenje reaktora dodavanjem vode u kalandriju.

Međutim, ako ne interveniraju nikakve hitne mjere, voda će i dalje ključati, a reaktor će pretrpjeti značajnu štetu. Stvara se više radioaktivne pare, što uzrokuje porast pritiska unutar zgrade reaktora.

Sistemi za smanjenje pritiska

Da bi se spriječilo oštećenje zgrade reaktora, pritisak se mora smanjiti.

U pojedinačnim reaktorskim postrojenjima hitna voda se prska u zgradu. Voda hladi i kondenzuje paru, značajno smanjujući pritisak.

Da bi se kontrolirao unutrašnji pritisak u reaktoru sa više jedinica, pritisak se može ublažiti ispuštanjem pare u masivnu vakuumsku komoru.

Kao i prethodno spomenuti sigurnosni sistemi, vakuumska zgrada će i dalje raditi bez napajanja.

Voda se takođe može ubrizgati u vakuumsku komoru da bi se dodatno smanjila para. Kao jedna od posljednjih sigurnosnih faza, ubrizgavat će se rezervni opskrba tečnim dušikom za hlađenje reaktora.

Ako hitne operacije i dalje ne uspiju dodati vodu kalandriji, teška voda će u potpunosti ispariti, što će dovesti do topljenja nuklearnog goriva. Gorivo bi počelo zagrijavati vodu koja ostaje u trezoru koji sadrži reaktor.

Proizvodnja vodonika

Kada se uran topi, on stvara vodonik. Daljnji sigurnosni uređaji pretvaraju dio Vodika u vodu, sprečavajući nakupljanje eksplozivnog plina unutar zgrade reaktora.

Do ovog trenutka nije bilo curenja zračenja u okoliš. Međutim, u ovoj fazi se sprovode hitne operacije, pa kontrolirano odzračivanje može osloboditi dio radioaktivnog plina vodika i radioaktivne teške vode.

Ako još uvijek nije angažirano dovoljno hitnih službi, gorivo će ispariti svu vodu u trezoru. Gorivo će se topiti kroz temelj na debeloj betonskoj ploči.

Postupak evakuacije pokrenuo bi uklanjanje ljudi u velikom radijusu. Tada bi na snagu stupile operacije oporavka koje bi sadržavale web lokaciju.

Međutim, vjerovatnoća da se neki događaj prevrne u tako težak scenarij je krajnje mala. U modernim nuklearnim reaktorima mnogi sigurnosni sefovi osiguravaju najveću sigurnost okoliša i ljudi oko njega.

Iza opasnosti

Nuklearna energija nudi održivu alternativu proizvodnji energije iz fosilnih goriva. U posljednjih nekoliko godina nuklearni reaktori znatno su smanjili opterećenje ugljenikom na planeti. U istoriji je bilo nekoliko manjih incidenata, dva velika incidenta koja uključuju ispuštanje zračenja.

Međutim, kada se pravilno koristi, proizvodnja nuklearne energije učinkovito je sredstvo za proizvodnju električne energije. Trenutno nema dovoljno obnovljivih izvora energije koji bi nagomilali neverovatnu količinu energije koju nuklearne elektrane proizvode.

Uz globalno zagrijavanje, svijet ne može priuštiti dodavanje elektrana na fosilna goriva kako bi nadoknadio nuklearnu energiju. Za sada su nuklearne elektrane neophodne da bi svijetu pružile dovoljno električne energije.

S obzirom na to, potrebno je uložiti znatno više istraživanja u pronalaženje održivih alternativa za obnovljive izvore. Takođe, još uvijek treba otkriti kako bi se razvile metode kako se sigurno postupati s radioaktivnim otpadom.

Možda je rješenje možda potpuno napuštanje fisionih tehnologija umjesto fuzijske snage. Međutim, u ovom trenutku vlade ne ulažu dovoljno novca u alternativne izvore.

Do tada je nužno osigurati da nuklearne elektrane koje nastavljaju s radom i danas budu prisiljene pridržavati se najstrožih propisa koji regulišu provedbu i sigurnost njihovog rada kako bi se spriječilo nuklearno topljenje.

To, nažalost, nije savršeno rješenje, rješenje je koje djeluje - za sada.

Napisao Maverick Baker


Pogledajte video: BAJDEN RAZBESNEO BRITANCE!!! Čim je ušao u Ovalni kabinet Bajden napravio neočekivani potez (Septembar 2021).