Jadrové elekrárne

Jadrové elektrárne

V súčasnosti je na svete veľmi vysoká spotreba energie. Využívame ju na prevádzku spotrebičov ako v priemysle, tak aj v domácnosti alebo v doprave. Pretože energia je vec, ktorú nie je možné skladovať, je ju neustále potrebné vyrábať.

Veľké množstvo energie sa vyrába spaľovaním fosílnych palív – je to až 87 %, ďalších 6 % svetovej energie pochádza z jadrových elektrární a zvyšných 7 % z vodných a obnoviteľných zdrojov energie.

Z celkovej vyrobenej energie sa len 36 % využíva ako elektrická energia:

• 10 % z ropy,
• 16 % zo zemného plynu,
• 38 % z uhlia,
• 17 % z jadrovej energie,
• 19 % z vodných a obnoviteľných zdrojov energie.

Ja sa budem venovať konkrétne výrobe energie v jadrových elektrárňach a neskôr aj veterným elektrárňam.

Prvá riadená štiepna reakcia prebehla 2. decembra 1942 v Chicagu.

Princíp fungovania jadrových elektrární

Pri výrobe energie sa postupuje podobne ako v tepelných elektrárňach s tým rozdielom, že teplo, ktoré mení vodu na paru a následne parou poháňa turbíny, nevzniklo zo spaľovania, ale vzniklo pri štiepení izotopov uránu.

Ale začnime tým, ako je vôbec možné, že jadro atómu drží pohromade, aj keď sa v ňom nachádzajú protóny s kladným nábojom a neutróny s neutrálnym, teda nulovým nábojom.

Kladné náboje, ktoré by sa mali odpudzovať, však držia pokope kvôli tzv. jadrovým silám, ktoré sú asi stokrát silnejšie ako elektromagnetické sily, no majú krátky dosah.

Ak chceme toto jadro rozdeliť, je potrebné dodať mu energiu, ktorej hovoríme väzbová energia, a tá sa rovná hmotnostnému úbytku nukleónov. Ak spočítame hmotnosť nukleónov, zistíme, že je väčšia ako hmotnosť jadra, a to preto, lebo časť hmoty sa premení práve na väzbovú energiu.

Zákon, ktorý vysvetľuje tieto javy, odvodil Einstein v roku 1905.

E = Δm · c²

Pričom:

• E je energia,
• Δm je rozdiel hmotností nukleónov a jadra,
• c je rýchlosť svetla.

Jadrové elektrárne fungujú teda tak, že pri štiepení jadier atómov alebo pri ich spájaní sa časť väzbovej energie uvoľňuje a využíva sa na výrobu energie. Tieto deje môžeme pozorovať aj na Slnku, kde termojadrové reakcie v strede Slnka produkujú energiu 4,6 milióna ton hmoty.

Ďalej vieme, že jadrá rôznych atómov majú rôzne veľkú väzbovú energiu. Na ukážku tu je príklad s hmotnosťou vodíka a hélia. (v prezentácii)

Hlavné časti a priebeh výroby energie

• V tlakovej nádobe reaktora sa nachádza aktívna zóna, v ktorej sú umiestnené palivové kazety a kde prebieha štiepna reakcia.
• V jadrovom reaktore sa pri štiepení jadier uránu uvoľňuje energia, ktorá sa mení na teplo a ohrieva vodu primárneho okruhu.
• V parogenerátore sa využíva energia uvoľnená v reaktore na výrobu nasýtenej pary, ktorá poháňa turbínu.
• Cez hlavné parné potrubie prechádza para až k turbíne, kde sa na lopatkách rotora mení tepelná a kinetická energia pary na mechanickú.
• V kondenzátore sa para kondenzuje na vonkajších častiach rúrok, v ktorých preteká voda z chladiacich veží.
• Chladiace veže sa využívajú na ochladzovanie vody z kondenzátora a prebytočné nevyužité teplo je odtiaľ vypúšťané do atmosféry.

Vplyv jadrových elektrární na životné prostredie

Existuje viacero názorov na jadrové elektrárne. Niektorí tvrdia, že odpady, ktoré vznikajú pri štiepení, sú neprijateľné, no ja sa skôr pridávam k druhej skupine ľudí, ktorú podporuje aj niekoľko faktov, ktoré vám predvediem.

Hlavné tri druhy odpadov, ktoré vznikajú v jadrových elektrárňach, sú:

1. rádioaktívne látky,
2. odpadové teplo,
3. chemické látky.

Tieto odpady sú napríklad plyny, polotuhé rádioaktívne látky, voda vypúšťaná z elektrární alebo aj vodná para.

1. Rádioaktívne látky

Vďaka plynom sa do okolitého prostredia dostávajú tzv. rádionuklidy, ktoré sú v zásade škodlivé ľudskému zdraviu. Ich vypúšťanie je však organizované, čo zaťažuje prírodu zanedbateľným množstvom. Toto množstvo je pod prístupnou normou.

Tieto látky sa síce dostávajú do okolia prostredia prostredníctvom odpadových vôd, no ide o množstvá, ktoré sú kontrolované a povolené štátnou normou.

Ďalší rádioaktívny odpad môže byť rôzne oblečenie používané pri opravách atď. Väčšina týchto odpadov je zafixovaná v špeciálnom asfalte a neskôr sa zalisuje do sudov, ktoré sa dočasne skladujú na území elektrárne a neskôr sú uložené do dlhodobých skladov.

Styk týchto rádioaktívnych látok s vonkajším prostredím je chránený troma vrstvami:

• špeciálne asfalty a betóny,
• nepriepustné pevné podzemné priestory,
• prírodný materiál, ako je íl.

2. Odpadové teplo

Ovplyvňuje bezprostredné okolie elektrárne a je nevyhnutný produkt, ktorého straty môžeme znižovať, nie však odstrániť. Dalo by sa využiť na vykurovanie.

3. Chemické látky

Dostávajú sa do prostredia pri úpravách technologickej vody, poprípade aj pitnej.

Avšak výhody jadrových elektrární oproti fosílnym sú:

• odstránenie rozptylu popolu a popolčeka o cca 30 %,
• likvidácia emisie oxidu siričitého a oxidu dusíka,
• odstránenie strát pri preprave tuhých palív,
• ovplyvnenie spodných vôd kyslými dažďami.