Share to: share facebook share twitter share wa share telegram print page

Nuklearna energija

Američki brodovi na nuklearni pogon, (od gore na dole) krstarice USS Bainbridge, USS Long Beach i USS Enterprise, najduži postojeći brod, i prvi nosač aviona na nuklearni pogon. Slika je napravljna 1964. tokom rekordno dugog putovanja od 26,540 nmi (49,190 km) oko sveta za 65 dana bez uzimanja goriva. Članovi posade su napisali Ajnštajnovu formulu za odnos mase i energije E = mc2 na palubi za poletanje.
Ruski ledolomac na nuklearni pogon NS Yamal na zajedničkoj naučnoj ekspediciji sa NSF 1994. godine

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 World Nuclear Association (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.[12][13][14] 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. U pogledu izgubljenih života po jedinici generisane energije, analize ukazuju da nuklearna energija uzrokuje manji broj smrtnih slučajeva od drugih glavnih izvora. Produkcija energije iz uglja, nafte, prirodnog gasa i hidroenergije uzrokuje veći broj smrtnih slučajeva po jedinici energije zbog zagađenja vazduha i impakta udesa.[17][18][19][20][21] Međutim, ekonomiski troškovi udesa pri proizvodnji nuklearne energije su visoki, i mogu da uzrokuju da velika područja postanu nenaseljiva veoma dugo. Ljudski troškovi evakuacije postradalog stanovništva i gubitak prihoda su isto tako značajni.[22][23]

Zajedno sa drugim obnovljivim izvorima energije, nuklearna energija je metod proizvodnje električne struje sa niskim emisijama ugljenika. Analiza literature ukazuje da je emisioni intenzitet totalnog životnog ciklusa sličan sa drugim obnovljivim izvorima u pogledu emisija gasova staklene bašte po jedinici generisane energije.[24] Ishod toga je da je od početka komercijalizacije nuklearnih elektrana tokom 1970-tih, sprečena emisija oko 64 milijardi tona ugljen dioksidnih ekvivalenata, gasova zelene bašte gases, gasova koji bi inače nastali usled sagorevanja fosilnih goriva u termoelektranama.[25]

Godine 2012. je po podacima IAEA bilo 68 civilnih nuklearnih reaktora u svetu u izgradnji u 15 zemalja,[26] aproksimativno 28 u Narodnoj republici Kini (PRC),[27] s planovima da se izgradi mnogo više.[28] U SAD-u licence gotovo pola reaktora produžene na 60 godina,[29] i planovi za izgradnju drugih dvanaest ozbiljno se razmatraju.[30] U SAD, dva nova reaktora treće generacije su u izgradnji kod Vogtle. Uprva američke nuklearne industrije očekuje pet novih raktora da uđu u upotrebu do 2020, svi od kojih u postojećim elektranama.[31] Godine 2013, su četiri zastarela, nekompetitivna reaktora zatvorena.[32][33]

Nesreća u nuklearnoj elektrani Fukushima 1 u Japanu 2011, koja se dogodila u reaktoru iz 1960-tih, podstakla je preispitivanje nuklearne bezbednosti i nuklearno energetske politike u mnogim zemljama.[34] Nemačka je odlučila da zatvori sve svoje reaktore do 2022, a u Italiji je zabranjena nuklearna energija.[34] Nakon Fukushime, Međunarodna agencija za energiju prepolovila je svoju procjenu dodatnih nuklearnih kapaciteta koji bi se izgradili do 2035.[35][36]

Korištenje

Povijesna i projicirana svjetska potrošnja energije po izvoru, 1980-2030, Izvor: International Energy Outlook 2007, EIA.
Instalirani nuklearni kapaciteti i proizvodnja od 1980. (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.[37] 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.[37][38]

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%[39] svoje potrošnje električne energije, dok Francuska proizvodi najveći postotak svoje električne energije iz nuklearnih reaktora—80% od 2006.[40] U Europskoj uniji kao cijeloj, nuklearna energija osigurava 30% električne energije.[41] 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.[42]

Mnogi ratni i neki civilni (kao što su neki ledolomci) brodovi koriste nuklearni pomorski pogon, oblik nuklearnog pogona.[43] 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

Fuzijska reakcija deuterij-tricij (D-T)

Spajanje dveju atomskih jezgara naziva se nuklearna fuzija. U nuklearnim fuzijama mogu učestvovati samo laki elementi - oni sa samo nekoliko protona i neutrona u jezgru. Pri vrlo visokim temperaturama dva jezgra vodika međusobno se sudaraju i nastaju teža jezgra helijuma koja pritom oslobađa energiju i odbacuje neutron. Fuzije se odvijaju na Suncu i drugim zvezdama.

  • Fuzijski reaktor

Naučnici još nisu izradili praktičan fuzijski reaktor. Prstenasti eksperimentalni reaktor naziva se torus. On zagreva plinoviti vodik na više miliona stepeni tako da se atomska jezgra mogu spajati.

Fisija

Fisija

Cepanje jezgra atoma naziva se nuklearna fisija. Neki teški elementi imaju nestabilno jezgro koja se može navesti na cepanje bombardiranjem neutronima. Kad se jezgre rascepe, oslobađaju energiju i još neutrona koji mogu pogoditi druga jezgra i tako započinje lančana reakcija.

  • Fisijski reaktor

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

  • Rasplodni reaktor

Reaktor koji sam stvara gorivo naziva se rasplodni reaktor. Tokom lančane reakcije jedan dio urana prelazi u plutonijum 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 jezgru svojih atoma.

Nuklearna opasnost

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 vazduh.

Enrico Fermi

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

Vremenska tabela

Otto Hahn i Lise Meitner u laboratoriji
Historijske značajke
1911. Fizičar Ernest Rutherford, rođen u Novom Zelandu, obznanjuje da svaki atom sadržava malenu, čvrstu sredinu, takozvano jezgro.
1938. Nemački hemičar Otto Hahn i austrijska fizičarka Lise Meitner otkrivaju nuklearnu fisiju.
1939. Fizičar Hans Bethe, poreklom 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 kontrolisanu fuziju.

Tehnologija reaktora

Svaka elektrana koristi gorivo za proizvodnju energije. Gorivo može biti u obliku gasa, uglja, ulja. Kada se radi o nuklearnoj elektrani, energija se proizvodi uz pomoć nuklearne fisione reakcije u unutrašnjosti reaktora. Kada se nuklearna lančana reakcija kontroliše, energija koja se oslobodi može da se koristi za zagrevanje vode, u cilju proizvodnje pare, koja kasnije pokreće turbinu. Dok se u nuklearnom reaktoru jedne centrale odvija kontrolisana reakcija, nuklearna bomba radi na principu nekontrolisane lančane reakcije.

U prirodnom uranijumu, nalazi se oko 0,7% uranijuma 235, oko 98% je uranijum 238, ostali elementi čine samo mali deo. Većina reaktora je obogaćena sa 3-4%, iako naravno neki reaktori mogu da koriste prirodni ili visoko obogaćeni uranijum. Primer reaktora koji koriste običan prirodni (neobogaćeni) uranijum je KANDU reaktor.

Nuklearna bezbednost

Nuklearna bezbednost uključuje sledeće:

  • Istraživanje i testiranje o mogućim incidentima i havarijama u nuklearnim elektranama
  • Opremu koju treba koristiti kako ne bi došlo do incidenta
  • Kalkulaciju verovatnoće da do havarije dođe
  • Kakve mere treba preduzeti kako bi se zaposleni i okolina zaštitili u takvoj, nepredvidivoj, situaciji
  • Demonstracija havarija

Organizacija koja se brine o tome da reaktori, koji danas rade u svetu, budu bezbedni se naziva Međunarodna agencija za nuklearnu energiju, sa sedištem u Beču, Austrija.

Povezano

Reference

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 World Nuclear Association. Another drop in nuclear generation Arhivirano 2017-10-07 na Wayback Machine-u World Nuclear News, 05 May 2010.
  2. ↑ 2,0 2,1 . (PDF) Key World Energy Statistics 2007. International Energy Agency. 2007. Arhivirano iz originala na datum 2018-10-03. Pristupljeno 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 iz originala na datum 2008-03-03. 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. Arhivirano iz originala na datum 2017-10-19. 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. Arhivirano iz originala na datum 2010-02-09. Pristupljeno 2010-08-24. 
  12. ↑ 12,0 12,1 „The Worst Nuclear Disasters”. Arhivirano iz originala na datum 2013-08-26. Pristupljeno 2015-07-08. 
  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 Arhivirano 2007-02-04 na Wayback Machine-u.
  16. ↑ 16,0 16,1 David Baurac (2002). „Passively safe reactors rely on nature to keep them cool”. Logos (Argonne National Laboratory) 20 (1). Pristupljeno 2007-11-01. 
  17. ↑ Markandya, A.; Wilkinson, P. (2007). „Electricity generation and health”. Lancet 370 (9591): 979–990. DOI:10.1016/S0140-6736(07)61253-7. PMID 17876910.  edit
  18. ↑ „Dr. MacKay Sustainable Energy without the hot air”. Data from studies by the Paul Scherrer Institute including non EU data. str. 168. Pristupljeno 15 September 2012. 
  19. ↑ http://www.forbes.com/sites/jamesconca/2012/06/10/energys-deathprint-a-price-always-paid/ 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.
  20. ↑ Brendan Nicholson (2006-06-05). „Nuclear power 'cheaper, safer' than coal and gas”. Melbourne: The Age. Pristupljeno 2008-01-18. 
  21. ↑ DOI:10.1080/10807030802387556
    This citation will be automatically completed in the next few minutes. You can jump the queue or expand by hand 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.
  22. ↑ Richard Schiffman (12 March 2013). „Two years on, America hasn't learned lessons of Fukushima nuclear disaster”. The Guardian (London). 
  23. ↑ Martin Fackler (June 1, 2011). „Report Finds Japan Underestimated Tsunami Danger”. New York Times. 
  24. ↑ „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. Pristupljeno 2013-06-22. 
  25. ↑ 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. ISSN 0013-936X. 
  26. ↑ „PRIS - Home”. Iaea.org. Pristupljeno 2013-06-14. 
  27. ↑ „Worldwide First Reactor to Start Up in 2013, in China - World Nuclear Industry Status Report”. Worldnuclearreport.org. Pristupljeno 2013-06-14. 
  28. ↑ World Nuclear Association (December 10, 2010). Nuclear Power in China Arhivirano 2012-02-13 na Wayback Machine-u
  29. ↑ „Nuclear Power in the USA”. World Nuclear Association. June 2008. Arhivirano iz originala na datum 2007-11-26. Pristupljeno 2008-07-25. 
  30. ↑ Matthew L. Wald (December 7, 2010). Nuclear ‘Renaissance’ Is Short on Largess The New York Times.
  31. ↑ Ayesha Rascoe (Feb 9, 2012). „U.S. approves first new nuclear plant in a generation”. Reuters. Arhivirano iz originala na datum 2015-10-16. Pristupljeno 2015-07-08. 
  32. ↑ Mark Cooper (18 June 2013). „Nuclear aging: Not so graceful”. Bulletin of the Atomic Scientists. Arhivirano iz originala na datum 2013-07-05. Pristupljeno 2015-07-08. 
  33. ↑ Matthew Wald (June 14, 2013). „Nuclear Plants, Old and Uncompetitive, Are Closing Earlier Than Expected”. New York Times. 
  34. ↑ 34,0 34,1 Sylvia Westall and Fredrik Dahl (June 24, 2011). „IAEA Head Sees Wide Support for Stricter Nuclear Plant Safety”. Scientific American. Arhivirano iz originala na datum 2011-06-25. Pristupljeno 2015-07-08. 
  35. ↑ „Gauging the pressure”. The Economist. 28 April 2011. 
  36. ↑ European Environment Agency (Jan 23, 2013). „Late lessons from early warnings: science, precaution, innovation: Full Report”. str. 476. 
  37. ↑ 37,0 37,1 Trevor Findlay (2010). The Future of Nuclear Energy to 2030 and its Implications for Safety, Security and Nonproliferation: Overview Arhivirano 2013-05-12 na Wayback Machine-u, The Centre for International Governance Innovation (CIGI), Waterloo, Ontario, Canada, pp. 10-11.
  38. ↑ Mycle Schneider, Steve Thomas, Antony Froggatt, and Doug Koplow (August 2009). The World Nuclear Industry Status Report 2009 Arhivirano 2010-07-29 na Wayback Machine-u Commissioned by German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Reactor Safety, p. 5.
  39. ↑ „Summary status for the US”. Energy Information Administration. 2010-01-21. Pristupljeno 2010-02-18. 
  40. ↑ Eleanor Beardsley (2006). „France Presses Ahead with Nuclear Power”. NPR. Pristupljeno 2006-11-08. 
  41. ↑ „Gross electricity generation, by fuel used in power-stations”. Eurostat. 2006. Arhivirano iz originala na datum 2006-10-17. Pristupljeno 2007-02-03. 
  42. ↑ Nuclear Power Generation, US Industry Report" IBISWorld, August 2008
  43. ↑ „Nuclear Icebreaker Lenin”. Bellona. 2003-06-20. Pristupljeno 2007-11-01. 

Literatura

  • 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.

Vanjske veze
Kembali kehalaman sebelumnya