Нуклеарна енергија

Из Википедије, слободне енциклопедије
Амерички бродови на нуклеарни погон, (од горе на доле) крстарице УСС Бејнбриџ, УСС Лонг Бич и УСС Ентерпрајз, најдужи постојећи брод, и први носач авиона на нуклеарни погон. Слика је направљна 1964. током рекордно дугог путовања од 26,540 nmi (49,190 km) око света за 65 дана без узимања горива. Чланови посаде су написали Ајнштајнову формулу за однос масе и енергије E = mc2 на палуби за полетање.
Руски ледоломац на нуклеарни погон Јамал на заједничкој научној експедицији са NSF 1994. године

Нуклеарна енергија је енергија честица сачувана у језгри атома. Језгро се састоји од протона и неутрона, који су међусобно везани јаким и слабим нуклеарним силама. Нуклеарним реакцијама долази до промене стања атомског језгре, што значи да се број или врста честица у језгру мења. Зависно од врсте нуклеарне реакције, може доћи до ослобађања нуклеарне енергије, која се може искористити за производњу електричне енергије у нуклеарним електранама. Она се ослобађа у процесима који се одвијају у звездама (фузија) те у процесима који се данас користе у нуклеарним електранама (фисија), као и у спонтаним нуклеарним реакцијама.

Нуклеарне електране производе око 6% светске енергије и 13–14% светске електричне струје,[2] а у САД, Француској и Јапану заједно дају око 50% нуклеарно генериране електричне енергије.[3]

Године 2007, Међународна агенција за атомску енергију поднела је извјештај о постојању 439 нуклеарних реактора у погону у свету,[4] које раде у 31 држави.[5] Такође, изграђено је више од 150 поморских бродова који користе нуклеарни погон.

У току је дебата о кориштењу нуклеарне енергије.[6][7][8] Заговорници, као што су Светско нуклеарна удружење (World Nuclear Association - WNA) и Међународна агенција за атомску енергију, тврде да је нуклеарна енергија извор одрживе енергије која смањује емисије угљеника.[9] Противници, као што су Гринпис и NIRS (Nuclear Information and Resource Service), верују да нуклеарна енергија поставља многе пријетње људима и животној средини.[10][11][12]

Нуклеарне несреће укључују чернобиљску катастрофу (1986), нуклеарну катастрофу у Фукушими (2011) и инцидент на острву Три Миље (1979).[13]Такође је било несретних случајева у подморницама с нуклеарним погоном.[14][15][13] Међутим, сигурносни протокол нуклеарне енергије је добар кад се упоређује с многим другим енергетским технологијама.[16] Истраживања у сврху пораста сигурности наставља се[17] и нуклеарна фузија би се могла користити у будућности. У погледу изгубљених живота по јединици генерисане енергије, анализе указују да нуклеарна енергија узрокује мањи број смртних случајева од других главних извора. Продукција енергије из угља, нафте, природног гаса и хидроенергије узрокује већи број смртних случајева по јединици енергије због загађења ваздуха и импакта удеса.[18][19][20][21][22] Међутим, економиски трошкови удеса при производњи нуклеарне енергије су високи, и могу да узрокују да велика подручја постану ненасељива веома дуго. Људски трошкови евакуације пострадалог становништва и губитак прихода су исто тако значајни.[23][24]

Заједно са другим обновљивим изворима енергије, нуклеарна енергија је метод производње електричне струје са ниским емисијама угљеника. Анализа литературе указује да је емисиони интензитет тоталног животног циклуса сличан са другим обновљивим изворима у погледу емисија гасова стаклене баште по јединици генерисане енергије.[25] Исход тога је да је од почетка комерцијализације нуклеарних електрана током 1970-тих, спречена емисија око 64 милијарди тона угљен диоксидних еквивалената, гасова зелене баште, гасова који би иначе настали услед сагоревања фосилних горива у термоелектранама.[26]

Године 2012. је по подацима IAEA било 68 цивилних нуклеарних реактора у свету у изградњи у 15 земаља,[27] апроксимативно 28 у Народној републици Кини (PRC),[28] с плановима да се изгради много више.[29] У САД-у лиценце готово пола реактора продужене на 60 година,[30] и планови за изградњу других дванаест озбиљно се разматрају.[31] У САД, два нова реактора треће генерације су у изградњи код Вогтла. Упрва америчке нуклеарне индустрије очекује пет нових рактора да уђу у употребу до 2020, сви од којих у постојећим електранама.[32] Године 2013, су четири застарела, некомпетитивна реактора затворена.[33][34]

Несрећа у нуклеарној електрани Фукушима 1 у Јапану 2011, која се догодила у реактору из 1960-тих, подстакла је преиспитивање нуклеарне безбедности и нуклеарно енергетске политике у многим земљама.[35] Немачка је одлучила да затвори све своје реакторе до 2022, а у Италији је забрањена нуклеарна енергија.[35] Након Фукушиме, Међународна агенција за енергију преполовила је своју процену додатних нуклеарних капацитета који би се изградили до 2035.[36][37]

Кориштење[уреди]

Историјска и предвиђена светска потрошња енергије по извору, 1980-2030, Извор: International Energy Outlook 2007, EIA.
Инсталирани нуклеарни капацитети и производња од 1980. (EIA).

Од 2005. године помоћу нуклеарне енергије производи се 6,3% светске енергије те 15% светске струје, а САД, Француска и Јапан заједно дају 56,5% нуклеарне генериране електричне енергије.[3] Године 2007. Међународна агенција за атомску енергију поднијела је извјештај о постојању 439 нуклеарних реактора у функцији у свету,[4]koje rade u 31 državi.[5] Од децембра 2009., свет је имао 436 реактора.[38] Откад је комерцијална нуклеарна енергија почела средином 1950-их, 2008. је била прва година у којој ниједна нова нуклеарна електрана није прикључена на мрежу, иако су две прикључене 2009.[38][39]

Годишња производња нуклеарне енергије је на лагано силазном тренду од 2007, падајући 1.8% 2009. на 2558 TWh, тако да је нуклеарна енергија покривала 13–14% свјетске потражње за електричном енергијом.[2] Један фактор у смањењу удела нуклеарне енергије од 2007. било је дуготрајно искључење великих реактора у нуклеарној електрани Кашивазаки-Карива у Јапану након Нигата-Чуетсу-Оки потреса.[2]

САД производи највише нуклеарне енергије, тако да нуклеарном енергијом покрива 19%[40] своје потрошње електричне енергије, док Француска производи највећи постотак своје електричне енергије из нуклеарних реактора—80% од 2006.[41] У Европској унији као целини, нуклеарна енергија осигурава 30% електричне енергије.[42] Нуклеарна политика разликује се међу државама чланицама Еуропске уније, а неке, као што су Аустрија, Естонија, Ирска и Италија, немају активних нуклеарних електрана. У поређењу с тим, Француска има велик број таквих постројења, са 16 вишејединичних станица у тренутној употреби.

У САД-у, док је производња струје из угља и гаса пројектована тако да вреди 85 милијарди долара до 2013, нуклеарни генератори прорачунати су на 18 милијарди долара.[43]

Многи ратни и неки цивилни (као што су неки ледоломци) бродови користе нуклеарни поморски погон, облик нуклеарног погона.[44] Неколико свемирских летилица лансирано је користећи потпуно развијене нуклеарне реакторе: совјетска РОРСАТ серија и америчка SNAP-10A.

Међународна истраживања настављају се у сврху унапређивања сигурности као што су пасивно сигурне електране,[17] кориштење нуклеарне фузије, и додатна кориштења топлоте процеса, као што је хидролиза (за подржавање водоникове економије), за десалинизацију морске воде и за кориштење у системима за централно грејање.

Фузија[уреди]

Фузијска реакција деутеријум-трицијум (D-T)

Спајање два атомска језгара назива се нуклеарна фузија. У нуклеарним фузијама могу учествовати само лаки елементи - они са само неколико протона и неутрона у језгру. При врло високим температурама два језгра водоника међусобно се сударају и настају тежа језгра хелијума која притом ослобађа енергију и одбацује се неутрон. Фузије се одвијају на Сунцу и другим звездама.

  • Фузијски реактор

Научници још нису израдили практичан фузијски реактор. Прстенасти експериментални реактор назива се торус. Он загрева гасовити водоник на више милиона степени тако да се атомска језгра могу спајати.

Фисија[уреди]

Фисија

Цепање језгра атома назива се нуклеарна фисија. Неки тешки елементи имају нестабилно језгро која се може навести на цепање бомбардирањем неутронима. Кад се језгре расцепе, ослобађају енергију и још неутрона који могу погодити друга језгра и тако започиње ланчана реакција.

  • Фисијски реактор

Срце фисијског реактора ја чврст челични спремник, односно језгро. У језгру реактора одвија се низ фисијских реакција, такозвана ланчана реакција те се ствара велика количина топлоте. Расхладна течност која циркулише преузима ту топлоту и покреће генераторе. Генератори помоћу те топлоте претварају воду у млазове водене паре под високим притиском. Млазови воде покрећу турбинске моторе повезане с електричним генераторима.

  • Расплодни реактор

Реактор који сам ствара гориво назива се расплодни реактор. Током ланчане реакције један део урана прелази у плутонијум који се такође може користити као нуклеарно гориво.

  • Штапићи с нуклеарним горивом

Већина штапића с горивом састоји се од пелета или шипки изотопа урана - 235 који се држи у кућишту од легуре. Уран - 235 има 235 протона и неутрона у језгру својих атома.

Нуклеарна опасност[уреди]

Енрико Ферми

Отпад од нуклеарног горива је опасно радиоактиван па се мора потопити на морско дно или закопати дубоко у земљу. Испитивање нуклеарног оружја и оштећење реактора могу узроковати дуготрајне здравствене опасности због ослобађања радиоактивмог материјала у ваздух.

Енрицо Ферми[уреди]

Нуклеарни физичар италијанског порекла Енрико Ферми (1901 - 1945) напустио је Италију 1938. те наставио да живи и ради у САД-у. Године 1942. саградио је први нуклеарни реактор на напуштеном игралишту за сквош Универзитета у Чикагу. На том реактору Ферми је успео да изведе прву нуклеарну фисијску ланчану реакцију.

Временска табела[уреди]

Ото Хан и Лиза Мајтнер у лабораторији
Историјски догађаји
1911. Физичар Ернест Радерфорд, рођен у Новом Зеланду, обзнањује да сваки атом садржи малу, чврсту средину, такозвано језгро.
1938. Немачки хемичар Ото Хан и аустријска физичарка Лиза Мајтнер откривају нуклеарну фисију.
1939. Физичар Ханс Бете, пореклом из Немачке, открива да сунчева енергија потиче од нуклеарне фузије.
1942. Енрико Ферми у САД-у изводи прву ланчану реакцију.
1945. Нуклеарне бомбе уништавају јапанске градове Хирошиму и Нагасаки.
1954. Руски реактор Обнинск први ствара електричну енергију.
1986. Експлозија реактора у Чернобилу, Украјина, ослобађа облаке радиоактивног материјала.
1991. У Енглеској пројект JET (Joint European Torus) постижу прву контролисану фузију.

Технологија реактора[уреди]

Свака електрана користи гориво за производњу енергије. Гориво може бити у облику гаса, угља, уља. Када се ради о нуклеарној електрани, енергија се производи уз помоћ нуклеарне фисионе реакције у унутрашњости реактора. Када се нуклеарна ланчана реакција контролише, енергија која се ослободи може да се користи за загревање воде, у циљу производње паре, која касније покреће турбину. Док се у нуклеарном реактору једне централе одвија контролисана реакција, нуклеарна бомба ради на принципу неконтролисане ланчане реакције.

У природном уранијуму, налази се око 0,7% уранијума 235, око 98% је уранијум 238, остали елементи чине само мали део. Већина реактора је обогаћена са 3-4%, иако наравно неки реактори могу да користе природни или високо обогаћени уранијум. Пример реактора који користе обичан природни (необогаћени) уранијум је КАНДУ реактор.

Нуклеарна безбедност[уреди]

Фукушимска катастрофа из 2011. године је најгора нуклеарна несрећа у свету од 1986. године. Више од 50.000 домаћинстава је остало без крова над главом, након што је радијација доспела у ваздух, ѕемљиште и море.[45] Радијацијске провере су довело до забране дела бродскох испорука поврћа и рибе.[46]

Нуклеарна безбедност укључује следеће:

  • Истраживање и тестирање о могућим инцидентима и хаваријама у нуклеарним електранама
  • Опрему коју треба користити како не би дошло до инцидента
  • Калкулацију вероватноће да до хаварије дође
  • Какве мере треба предузети како би се запослени и околина заштитили у таквој, непредвидивој, ситуацији
  • Демонстрација хаварија

Организација која се брине o томе да реактори, који данас раде у свету, буду безбедни се назива Међународна агенција за нуклеарну енергију, са седиштем у Бечу, Аустрија.

Види још[уреди]

Референце[уреди]

  1. Nuclear Energy: Statistics, Dr. Elizabeth Ervin
  2. 2,0 2,1 2,2 World Nuclear Association. Another drop in nuclear generation World Nuclear News, 05 May 2010.
  3. 3,0 3,1 „Key World Energy Statistics 2007” (PDF). International Energy Agency. 2007. Приступљено 2008-06-21. 
  4. 4,0 4,1 „Nuclear Power Plants Information. Number of Reactors Operation Worldwide”. International Atomic Energy Agency. Приступљено 2008-06-21. 
  5. 5,0 5,1 „World Nuclear Power Reactors 2007-08 and Uranium Requirements”. World Nuclear Association. 2008-06-09. Архивирано из оригинала на датум 3. 3. 2008. Приступљено 2008-06-21. 
  6. Union-Tribune Editorial Board (27. 3. 2011). „The nuclear controversy”. Union-Tribune. 
  7. James J. MacKenzie. Review of The Nuclear Power Controversy by Arthur W. Murphy The Quarterly Review of Biology, Vol. 52, No. 4 (Dec., 1977), pp. 467-468.
  8. In February 2010 the nuclear power debate played out on the pages of the New York Times, see A Reasonable Bet on Nuclear Power and Revisiting Nuclear Power: A Debate and A Comeback for Nuclear Power?
  9. U.S. Energy Legislation May Be 'Renaissance' for Nuclear Power.
  10. Share. „Nuclear Waste Pools in North Carolina”. Projectcensored.org. Приступљено 2010-08-24. 
  11. NC WARN » Nuclear Power
  12. Sturgis, Sue. „Investigation: Revelations about Three Mile Island disaster raise doubts over nuclear plant safety”. Southernstudies.org. Приступљено 2010-08-24. 
  13. 13,0 13,1 The Worst Nuclear Disasters
  14. Strengthening the Safety of Radiation Sources p. 14.
  15. Johnston, Robert (23. 9. 2007). „Deadliest radiation accidents and other events causing radiation casualties”. Database of Radiological Incidents and Related Events. 
  16. World Nuclear Association. Safety of Nuclear Power Reactors.
  17. 17,0 17,1 David Baurac (2002). „Passively safe reactors rely on nature to keep them cool”. Logos. Argonne National Laboratory. 20 (1). Приступљено 2007-11-01. 
  18. Markandya, A.; Wilkinson, P. (2007). „Electricity generation and health”. Lancet. 370 (9591): 979—990. doi:10.1016/S0140-6736(07)61253-7. PMID 17876910. 
  19. „Dr. MacKay Sustainable Energy without the hot air. Data from studies by the Paul Scherrer Institute including non EU data. стр. 168. Приступљено 15. 9. 2012. 
  20. with Chernobyl's total predicted linear no-threshold cancer deaths included, nuclear power is safer when compared to many alternative energy sources' immediate, death rate.
  21. Brendan Nicholson (2006-06-05). „Nuclear power 'cheaper, safer' than coal and gas”. Melbourne: The Age. Приступљено 2008-01-18. 
  22. Burgherr, P.; Hirschberg, S. (2008). „A Comparative Analysis of Accident Risks in Fossil, Hydro, and Nuclear Energy Chains”. Human and Ecological Risk Assessment: an International Journal. 14 (5): 947. doi:10.1080/10807030802387556.  If you cannot access the paper via the above link, the following link is open to the public, credit to the authors. http://gabe.web.psi.ch/pdfs/_2012_LEA_Audit/TA01.pdf Page 962 to 965. Comparing Nuclear's latent cancer deaths, such as cancer with other energy sources immediate deaths per unit of energy generated(GWeyr). This study does not include Fossil fuel related cancer and other indirect deaths created by the use of fossil fuel consumption in its "severe accident", an accident with more than 5 fatalities, classification.
  23. Richard Schiffman (12. 3. 2013). „Two years on, America hasn't learned lessons of Fukushima nuclear disaster”. The Guardian. London. 
  24. Martin Fackler (1. 6. 2011). „Report Finds Japan Underestimated Tsunami Danger”. New York Times. 
  25. „Collectively, life cycle assessment literature shows that nuclear power is similar to other renewable and much lower than fossil fuel in total life cycle GHG emissions.''”. Nrel.gov. 2013-01-24. Приступљено 2013-06-22. 
  26. „Prevented Mortality and Greenhouse Gas Emissions from Historical and Projected Nuclear Power - global nuclear power has prevented an average of 1.84 million air pollution-related deaths and 64 gigatonnes of CO2-equivalent (GtCO2-eq) greenhouse gas (GHG) emissions that would have resulted from fossil fuel burning”. Pubs.acs.org. Bibcode:2013EnST...47.4889K. doi:10.1021/es3051197. 
  27. „PRIS - Home”. Iaea.org. Приступљено 2013-06-14. 
  28. „Worldwide First Reactor to Start Up in 2013, in China - World Nuclear Industry Status Report”. Worldnuclearreport.org. Приступљено 2013-06-14. 
  29. World Nuclear Association (December 10, 2010). Nuclear Power in China
  30. „Nuclear Power in the USA”. World Nuclear Association. 2008. Приступљено 2008-07-25. 
  31. Matthew L. Wald (December 7, 2010). Nuclear ‘Renaissance’ Is Short on Largess The New York Times.
  32. Ayesha Rascoe (9. 2. 2012). „U.S. approves first new nuclear plant in a generation”. Reuters. 
  33. Mark Cooper (18. 6. 2013). „Nuclear aging: Not so graceful”. Bulletin of the Atomic Scientists. 
  34. Matthew Wald (14. 6. 2013). „Nuclear Plants, Old and Uncompetitive, Are Closing Earlier Than Expected”. New York Times. 
  35. 35,0 35,1 Sylvia Westall and Fredrik Dahl (24. 6. 2011). „IAEA Head Sees Wide Support for Stricter Nuclear Plant Safety”. Scientific American. 
  36. „Gauging the pressure”. The Economist. 28. 4. 2011. 
  37. European Environment Agency (23. 1. 2013). „Late lessons from early warnings: science, precaution, innovation: Full Report”. стр. 476. 
  38. 38,0 38,1 Trevor Findlay (2010). The Future of Nuclear Energy to 2030 and its Implications for Safety, Security and Nonproliferation: Overview, The Centre for International Governance Innovation (CIGI), Waterloo, Ontario, Canada, pp. 10-11.
  39. Mycle Schneider, Steve Thomas, Antony Froggatt, and Doug Koplow (August 2009). The World Nuclear Industry Status Report 2009 Commissioned by German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Reactor Safety, p. 5.
  40. „Summary status for the US”. Energy Information Administration. 2010-01-21. Приступљено 2010-02-18. 
  41. Eleanor Beardsley (2006). „France Presses Ahead with Nuclear Power”. NPR. Приступљено 2006-11-08. 
  42. „Gross electricity generation, by fuel used in power-stations”. Eurostat. 2006. Приступљено 2007-02-03. 
  43. Nuclear Power Generation, US Industry Report" IBISWorld, August 2008
  44. „Nuclear Icebreaker Lenin”. Bellona. 2003-06-20. Приступљено 2007-11-01. 
  45. Tomoko Yamazaki & Shunichi Ozasa (2011-06-27). „Fukushima Retiree Leads Anti-Nuclear Shareholders at Tepco Annual Meeting”. Bloomberg. 
  46. Mari Saito (2011-05-07). „Japan anti-nuclear protesters rally after PM call to close plant”. Reuters. 

Литература[уреди]

  • Clarfield, Gerald H. and William M. Wiecek (1984). Nuclear America: Military and Civilian Nuclear Power in the United States 1940-1980, Harper & Row.
  • Stephanie Cooke (2009). In Mortal Hands: A Cautionary History of the Nuclear Age, Black Inc.
  • Cravens, Gwyneth (2007). Power to Save the World: the Truth about Nuclear Energy. New York: Knopf. ISBN 0-307-26656-7. 
  • Elliott, David (2007). Nuclear or Not? Does Nuclear Power Have a Place in a Sustainable Energy Future?, Palgrave.
  • Falk, Jim (1982). Global Fission: The Battle Over Nuclear Power, Oxford University Press.
  • Ferguson, Charles D., (2007). Nuclear Energy: Balancing Benefits and Risks Council on Foreign Relations.
  • Herbst, Alan M. and George W. Hopley (2007). Nuclear Energy Now: Why the Time has come for the World's Most Misunderstood Energy Source, Wiley.
  • Mycle Schneider, Steve Thomas, Antony Froggatt, Doug Koplow (2012). The World Nuclear Industry Status Report, German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Reactor Safety.
  • Walker, J. Samuel (1992). Containing the Atom: Nuclear Regulation in a Changing Environment, 1993-1971, Berkeley: University of California Press.
  • Spencer Weart R. The Rise of Nuclear Fear. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN 0-674-05233-1
  • Ian Hore-Lacy: Nuclear Energy in the 21st Century: World Nuclear University Press. Academic Press, 2006, ISBN 0-12-373622-6.
  • Raymond L. Murray: Nuclear Energy, Sixth Edition: An Introduction to the Concepts, Systems, and Applications of Nuclear Processes. Butterworth-Heinemann, 2008, ISBN 0-12-370547-9.
  • Julia Mareike Neles, Christoph Pistner (Hrsg.): Kernenergie. Eine Technik für die Zukunft?. Springer, Berlin/Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-24329-5.
  • Joachim Radkau: Aufstieg und Krise der deutschen Atomwirtschaft 1945–1975. Verdrängte Alternativen in der Kerntechnik und der Ursprung der nuklearen Kontroverse. Rowohlt, Reinbek 1983, ISBN 3-499-17756-0.
  • Joachim Radkau, Lothar Hahn: Aufstieg und Fall der deutschen Atomwirtschaft. Oekom-Verlag, Berlin 2013, ISBN 978-3-86581-315-2.

Спољашње везе[уреди]