V tej objavi na blogu bomo raziskali pomanjkanje električne energije in načela jedrske energije ter preučili, kako dobro razumemo to pomembno tehnologijo.
Pomanjkanje električne energije, ki vsako poletje pogosto polni naslovnice, je za ljudi vir velike stiske. Tudi v vročini javne ustanove ne morejo vklopiti klimatskih naprav, zaradi česar se mnogi ne morejo izogniti žgoči vročini, skrbi pa so tudi izpadi električne energije zaradi presežene zmogljivosti. V teh okoliščinah se znova spomnimo vrednosti električne energije. Elektrika ni zgolj udobje v našem vsakdanjem življenju; je bistveni temelj sodobne družbe. Od uporabe pametnih naprav do industrijske proizvodnje in medicinskih sistemov je vse odvisno od elektrike. Pomanjkanje električne energije postaja resen problem, ki presega zgolj vsakodnevne nevšečnosti in lahko znatno vpliva na nacionalno gospodarstvo in varnost.
V Koreji sta glavni metodi proizvodnje električne energije termoelektrarna in jedrska energija, sledi pa jima hidroelektrarna, ki predstavlja naslednji največji delež. Vendar hidroelektrarna predstavlja manj kot 10 % celotne proizvodnje, zato je odvisnost od nje majhna. Med njimi se jedrska energija uvršča na drugo mesto po skupni proizvodnji električne energije v Južni Koreji, saj predstavlja znatnih 30 % celotne proizvodnje. Čeprav je jedrska energija ključna tehnologija, ki omogoča stabilno oskrbo z energijo, je tudi najbolj kontroverzna oblika proizvodnje energije. Kljub temu le malo ljudi razume načela proizvodnje jedrske energije. V tem članku želim na kratko razložiti načela proizvodnje jedrske energije.
Prvič, proizvodnja električne energije se nanaša na proces pretvorbe različnih oblik energije v električno energijo. Glede na metodo, uporabljeno za pridobivanje goriva in energije, potrebne za proizvodnjo, elektrarne razvrščamo v termoelektrarne, hidroelektrarne ali jedrske elektrarne. Čeprav je enostavno domnevati, da te različne metode proizvajajo električno energijo na različne načine, presenetljivo skoraj vse oblike proizvodnje električne energije proizvajajo električno energijo z vrtenjem turbine. Ta metoda je ostala osnovno načelo proizvodnje električne energije, nespremenjeno od prve elektrarne na izmenični tok (AC) do danes. Zato se načelo proizvodnje jedrske energije v bistvu vrti okoli tega, kako uporabiti jedrsko energijo za vrtenje turbine.
Primarna energija, ki se proizvaja pri proizvodnji jedrske energije, je toplotna energija, ki nastane z jedrsko cepitvijo. Atomi, osnovne enote snovi, so sestavljeni iz jedra in elektronov, atomsko jedro pa je sestavljeno iz dveh vrst delcev: protonov in nevtronov. Število protonov in nevtronov v jedru se razlikuje glede na vrsto atoma. Uran, ki se uporablja kot gorivo pri proizvodnji jedrske energije, je zelo težek atom, s skupno 235 ali 238 protoni in nevtroni. Uranovo jedro vsebuje več kot 200 delcev, ki shranjujejo veliko energije, zaradi česar je zelo nestabilno. Ko se nevtron z veliko hitrostjo izstreli v tak uran, se uranovo jedro razcepi na manjše atome in sprosti ogromno energije. To je jedrska cepitev. Nevtroni, izvrženi med procesom cepitve, trčijo v druga jedra in ko se ta proces ponavlja, pride do verižne reakcije cepitve, ki nenehno ustvarja toploto.
Najpomembnejši vidik proizvodnje jedrske energije je nadzor hitrosti in intenzivnosti te verižne reakcije. Če te reakcije ne nadzorujemo, lahko postane potencialna nevarnost, ki lahko sprosti eksplozivne količine energije. Da bi to rešili, se prostor med gorivnimi palicami napolni z lahko vodo (navadno vodo) ali težko vodo (vodo, ki nastane z združevanjem kisika z atomom vodika, na katerega so vezani nevtroni), ki služi kot moderator za vzdrževanje ustrezne hitrosti nevtronov – ključa reakcije. Če reakcija postane preburna in se temperatura dvigne nad določeno raven, se med gorivne palice vstavijo kontrolne palice, ki preprečujejo, da bi nevtroni dosegli druge gorivne palice, s čimer se nadzoruje cepitev. Med tem procesom ne nastajajo le toplotna energija, temveč tudi stranski produkti, kot je radioaktivnost. To je še eno pomembno vprašanje pri proizvodnji jedrske energije, varno ravnanje s temi stranskimi produkti pa je prav tako kritičen izziv.
Vendar toplotna energija, ki jo ustvari jedrska cepitev, ne more neposredno poganjati turbine. Voda deluje kot medij, ki to toplotno energijo pretvarja v kinetično energijo, potrebno za vrtenje turbine. Toplota, ki jo proizvede jedrska cepitev, segreva vodo in jo spreminja v paro. Obstajata dve glavni metodi za segrevanje vode. Prva je vreli vodni reaktor (BWR), pri katerem je voda, ki poganja turbino, neposredno izpostavljena gorivnih palic za prenos toplote. Druga je tlačnovodni reaktor (PWR), pri katerem voda, ki je izpostavljena jedru reaktorja, posredno segreva vodo, ki poganja turbino, preko toplotnega izmenjevalnika. Ta metoda ponuja večjo varnost kot BWR, zato je večina jedrskih elektrarn v Južni Koreji sprejela to zasnovo. Ko se velike količine vode spremenijo v paro, se tlak poveča in ta visokotlačna para se skozi cevi potisne v turbino, zaradi česar se vrti. Ta postopek je skoraj enak drugim metodam proizvodnje energije, ki uporabljajo toplotno energijo, kot je proizvodnja termoelektrarne. Vendar pa bistveno različni metodi proizvodnje toplote – jedrska cepitev v primerjavi z zgorevanjem – jasno ločujejo jedrsko energijo od termoelektrarne.
V zadnjem času se je povečala zaskrbljenost glede varnosti jedrske energije, razširil pa se je strah in tesnoba glede jedrske energije, zlasti po večjih nesrečah, kot je bila katastrofa v Fukušimi. Kljub tem tveganjem pa jedrska energija velja za enega najučinkovitejših virov energije po vsem svetu. Če bomo jedrsko energijo bolje razumeli, natančno prepoznali njena tveganja ter uvedli ustrezno upravljanje in tehnološke izboljšave, lahko jedrska energija v prihodnosti ostane vitalni vir energije. Takšno razumevanje in upravljanje bosta imela ključno vlogo pri zmanjševanju strahov glede jedrske energije in maksimiranju koristi te tehnologije.
