Nuklearna energija

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži

Nuklearna energija je energija čestica pohranjena u jezgri atoma. Jezgra se sastoji od protona i neutrona, koji su međusobno vezani jakim i slabim nuklearnim silama. Nuklearnim reakcijama dolazi do promjene stanja atomske jezgre, što znači da se broj ili vrsta čestica u jezgri mijenja. Ovisno o vrsti nuklearne reakcije, može doći do oslobađanja nuklearne energije, koja se može iskoristiti za proizvodnju električne energije u nuklearnim elektranama. Ona se oslobađa u procesima koji se odvijaju u zvijezdama (fuzija) te u procesima koje danas rabimo u nuklearnim elektranama (fisija), kao i u spontanim nuklearnim reakcijama.

Nuklearne elektrane proizvode oko 6% svjetske energije i 13–14% svjetske električne struje,[1] a SAD, Francuska i Japan zajedno daju oko 50% nuklearno generirane električne energije.[2]

2007. godine, Međunarodna agencija za atomsku energiju podnijela je izvještaj o postojanju 439 nuklearnih reaktora u pogonu u svijetu,[3] koje rade u 31 državi.[4] Također, izgrađeno je više od 150 pomorskih plovila koji koriste nuklearni pogon.

U tijeku je debata o korištenju nuklearne energije.[5][6][7] Zagovornici, kao što su svjetska nuklearna udruga (WNA) i Međunarodna agencija za atomsku energiju, tvrde da je nuklearna energija izvor održive energije koja smanjuje emisije ugljika.[8] Protivnici, kao što su Greenpeace i NIRS, vjeruju da nuklearna energija postavlja mnoge prijetnje ljudima i okolišu.[9][10][11]

Nuklearne nesreće uključuju černobilsku katastrofu (1986), nuklearnu katastrofu u Fukushimi (2011) i Three Mile Island katastrofu (1979).[12] Također je bilo nesretnih slučajeva s nuklearno pogonjenim podmornicama.[13][14][12] Međutim, sigurnosni protokol nuklearne energije je dobar kad se uspoređuje s mnogim drugim energetskim tehnologijama.[15] Istraživanja u svrhu porasta sigurnosti nastavlja se[16] i nuklearna fuzija bi se mogla koristiti u budućnosti.

Kina ima 25 nuklearnih reaktora u izgradnji, s planovima da izgradi mnogo više,[17] dok su u SAD-u licence gotovo pola reaktora produžene na 60 godina,[18] i planovi za izgradnju drugih dvanaest ozbiljno se razmatraju.[19] Međutim, Nuklearna katastrofa u Fukushimi, u Japanu 2011., potaknula je promišljanje nuklearne politike u mnogim državama.[20] Njemačka je odlučila zatvoriti sve svoje reaktore do 2022, a Italija je se odrekla nuklearne energije.[20] Nakon Fukushime, Međunarodna agencija za energiju prepolovila je svoju procjenu dodatnih nuklearnih kapaciteta koji bi se izgradili do 2035.[21]

Korištenje[uredi VE | uredi]

Povijesna i projicirana svjetska potrošnja energije po izvoru, 1980-2030, Izvor: International Energy Outlook 2007, EIA.
Instalirani nuklearni kapaciteti i proizvodnja, 1980 do 2007 (EIA).

Od 2005. godine pomoću nuklearne energije proizvodi se 6,3% svjetske energije te 15% svjetske struje, a SAD, Francuska i Japan zajedno daju 56,5% nuklearne generirane električne energije.[2] 2007., Međunarodna agencija za atomsku energiju podnijela je izvještaj o postojanju 439 nuklearnih reaktora u funkciji u svijetu,[3] koje rade u 31 državi.[4] Od prosinca 2009., svijet je imao 436 reaktora.[22] Otkad je komercijalna nuklearna energija počela sredinom 1950-ih, 2008. je bila prva godina u kojoj nijedna nova nuklearna elektrana nije priključena na mrežu, iako su dvije priključene 2009.[22][23]

Godišnja proizvodnja nuklearne energije je na lagano silaznom trendu od 2007., padajući 1.8% 2009. na 2558 TWh, tako da je nuklearna energija pokrivala 13–14% svjetske potražnje za električnom energijom.[1] Jedan faktor u smanjenju udjela nuklearne energije od 2007. bilo je dugotrajno isključenje velikih reaktora u nuklearnoj elektrani Kashiwazaki-Kariwa u Japanu nakon Niigata-Chuetsu-Oki potresa.[1]

SAD proizvodi najviše nuklearne energije, tako da nuklearnom energijom pokriva 19%[24] svoje potrošnje električne energije, dok Francuska proizvodi najveći postotak svoje električne energije iz nuklearnih reaktora—80% od 2006.[25] U Europskoj uniji kao cijeloj, nuklearna energija osigurava 30% električne energije.[26] Nuklearna politika razlikuje se među državama članicama Europske unije, a neke, kao što su Austrija, Estonija, Irska i Italija, nemaju aktivnih nuklearnih elektrana. U usporedbi s tim, Francuska ima velik broj takvih postrojenja, sa 16 višejediničnih stanica u trenutnoj upotrebi.

U SAD-u, dok je proizvodnja struje iz ugljena i plina projektirana tako da vrijedi 85 milijardi dolara do 2013, nuklearni generatori proračunati su na 18 milijardi dolara.[27]

Mnogi ratni i neki civilni (kao što su neki ledolomci) brodovi koriste nuklearni pomorski pogon, oblik nuklearnog pogona.[28] Nekoliko svemirskih letilica lansirano je koristeći potpuno razvijene nuklearne reaktore: sovjetska RORSAT serija i američka SNAP-10A.

Međunarodna istraživanja nastavljaju se u svrhu unapređivanja sigurnosti kao što su pasivno sigurne elektrane,[16] korištenje nuklearne fuzije, i dodatna korištenja topline procesa, kao što je hidroliza (za podržavanje vodikove ekonomije), za desalinizaciju morske vode i za korištenje u sistemima za centralno grijanje.

Fuzija[uredi VE | uredi]

Fuzijska reakcija deuterij-tricij (D-T)

Spajanje dviju atomskih jezgri naziva se nuklearna fuzija. U nuklearnim fuzijama mogu sudjelovati samo laki elementi - oni sa samo nekoliko protona i neutrona u jezgri. Pri vrlo visokim temperaturama dvije jezgre vodika međusobno se sudaraju i nastaje teža jezgra helija koja pritom oslobađa energiju i odbacuje neutron. Fuzije se odvijaju na Suncu i drugim zvijezdama.

  • Fuzijski reaktor

Znanstvenici još nisu izradili praktičan fuzijski reaktor. Prstenasti eksperimentalni reaktor naziva se torus. On zagrijava plinoviti vodik na više milijuna stupnjeva tako da se atomske jezgre mogu spajati.

Fisija[uredi VE | uredi]

Fisija

Cijepljenje jezgre atoma naziva se nuklearna fisija. Neki teški elementi imaju nestabilnu jezgru koja se može navesti na cijepljenje bombardiranjem neutronima. Kad se jezgre rascijepe, oslobađaju energiju i još neutrona koji mogu pogoditi druge jezgre i tako započinje lančana reakcija.

  • Fisijski reaktor

Srce fisijskog reaktora ja čvrst čelični spremnik, odnosno jezgra. U jezgri reaktora odvija se niz fisijskih reakcija, takozvana lančana reakcija te stvara veliku toplinu. Rashladna tekućina koja kola preuzima tu toplinu i pokreće generatore pare. Generatori pare pomoću te topline pretvaraju vodu u mlazove vodene pare pod visokim tlakom. Mlazovi vodene pare pokreću parne turbine povezane s električnim generatorima.

  • Rasplodni reaktor

Reaktor koji sam stvara, ili >> rasplođuje << gorivo naziva se rasplodni reaktor. Tijekom lančane reakcije jedan dio urana prelazi u plutonij koji se također može koristiti kao nuklearno gorivo.

  • Štapići s nuklearnim gorivom

Većina štapića s gorivom sastoji se od peleta ili šipki izotopa urana - 235 koji se drži u kućištu od legure. Uran - 235 ima 235 protona i neutrona u jezgri svojih atoma.

Nuklearna opasnost[uredi VE | uredi]

Enrico Fermi

Otpad od nuklearnog goriva je opasno radioaktivan pa se mora potopiti na morsko dno ili zakopati duboko u zemlju. Ispitivanje nuklearnog oružja i oštećenje reaktora mogu uzrokovati dugotrajne zdravstvene opasnosti zbog oslobađanja radioaktivmog materijala u zrak.

Enrico Fermi[uredi VE | uredi]

Nuklearni fizičar talijanskog podrijetla Enrico Fermi (1901 - 1945) napustio je Italiju 1938. te nastavio živjeti i raditi u SAD-u. Godine 1942. sagradio je prvi nuklearni reaktor na napuštenom igralištu za skvoš Sveučilišta u Chicagu. Na tom reaktoru Fermi je uspio izvesti prvu nuklearnu fisijsku lančanu reakciju.

Vremenska tablica[uredi VE | uredi]

Otto Hahn i Lise Meitner u laboratoriju
Povijesne značajke
1911. Fizičar Ernest Rutherford, rođen u Novom Zelandu, obznanjuje da svaki atom sadržava malenu, čvrstu sredinu, takozvanu jezgru.
1938. Njemački kemičar Otto Hahn i austrijska fizičarka Lise Meitner otkrivaju nuklearnu fisiju.
1939. Fizičar Hans Bethe, podrijetlom iz Njemačke, otkriva da sunčeva energija potječe od nuklearne fuzije.
1942. Enrico Fermi u SAD-u izvodi prvu lančanu reakciju.
1945. Nuklearne bombe uništavaju japanske gradove Hirošimu i Nagasaki.
1954. Ruski reaktor Obninsk prvi stvara električnu energiju.
1986. Eksplozija reaktora u Černobilu, Ukrajina, oslobađa oblake radioaktivnog materijala.
1991. U Engleskoj projekt JET (Joint European Torus) postižu prvu kontroliranu fuziju.


Vidi još[uredi VE | uredi]

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. 1,0 1,1 1,2 World Nuclear Association. Another drop in nuclear generation World Nuclear News, 05 May 2010.
  2. 2,0 2,1 . (2007). "Key World Energy Statistics 2007". Preuzeto 2008-06-21.
  3. 3,0 3,1 Nuclear Power Plants Information. Number of Reactors Operation Worldwide. International Atomic Energy Agency. pristupljeno 2008-06-21
  4. 4,0 4,1 World Nuclear Power Reactors 2007-08 and Uranium Requirements. World Nuclear Association (2008-06-09). Arhivirano s izvorne stranice na March 3, 2008. pristupljeno 2008-06-21
  5. Union-Tribune Editorial Board (March 27, 2011). The nuclear controversy. Union-Tribune.
  6. 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.
  7. 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?
  8. U.S. Energy Legislation May Be 'Renaissance' for Nuclear Power.
  9. Share. Nuclear Waste Pools in North Carolina. Projectcensored.org. pristupljeno 2010-08-24
  10. NC WARN » Nuclear Power
  11. Sturgis, Sue. Investigation: Revelations about Three Mile Island disaster raise doubts over nuclear plant safety. Southernstudies.org. pristupljeno 2010-08-24
  12. 12,0 12,1 The Worst Nuclear Disasters
  13. Strengthening the Safety of Radiation Sources p. 14.
  14. Johnston, Robert (September 23, 2007). Deadliest radiation accidents and other events causing radiation casualties. Database of Radiological Incidents and Related Events.
  15. World Nuclear Association. Safety of Nuclear Power Reactors.
  16. 16,0 16,1 David Baurac (2002). "Passively safe reactors rely on nature to keep them cool". Logos 20 (1). Preuzeto 2007-11-01.
  17. World Nuclear Association (December 10, 2010). Nuclear Power in China
  18. Nuclear Power in the USA. World Nuclear Association (June 2008). pristupljeno 2008-07-25
  19. Matthew L. Wald (December 7, 2010). Nuclear ‘Renaissance’ Is Short on Largess The New York Times.
  20. 20,0 20,1 Sylvia Westall and Fredrik Dahl (June 24, 2011). IAEA Head Sees Wide Support for Stricter Nuclear Plant Safety. Scientific American.
  21. "Gauging the pressure", The Economist, 28 April 2011
  22. 22,0 22,1 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.
  23. 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.
  24. Summary status for the US. Energy Information Administration (2010-01-21). pristupljeno 2010-02-18
  25. Eleanor Beardsley (2006). France Presses Ahead with Nuclear Power. NPR. pristupljeno 2006-11-08
  26. Gross electricity generation, by fuel used in power-stations. Eurostat (2006). pristupljeno 2007-02-03
  27. Nuclear Power Generation, US Industry Report" IBISWorld, August 2008
  28. "Nuclear Icebreaker Lenin", Bellona, 2003-06-20, pristupljeno 2007-11-01