Pod koniec II wojny światowej na japońskie miasta Hiroszimę i Nagasaki zrzucono dwie bomby atomowe. Nowa broń okazała się najbardziej zabójcza w historii ludzkości. Następujący wyścig nuklearny między ZSRR a USA jeszcze bardziej pogłębił obawy społeczności światowej przed czynnikiem nuklearnym. Jednak oprócz głowic atomowych pojawił się pokojowy atom. To zdanie odnosi się do energii jądrowej.
Zasada działania elektrowni jądrowej
Działanie każdej elektrowni jądrowej opiera się na reakcji rozszczepienia atomu. Aby to nazwać, konieczne jest przeprowadzenie bombardowania neutronami jąder uranu-235. Najmniejsze cząstki są dzielone na fragmenty, generując przy tym ogromną ilość promieni gamma i energii cieplnej.
Spokojny atom może pozostać pokojowy tylko pod ścisłą kontrolą, obowiązkową dla elektrowni jądrowych. Faktem jest, że podczas rozszczepienia powstają neutrony, które powodują nowe reakcje łańcuchowe. Niekontrolowane otoczenie jąder prowadzi do wybuchu. To ta zasada leży u podstaw działania bomb atomowych. W elektrowniach proces jest kontrolowany, a nadmiar energii kierowany jest do kanału użytecznego dla ludzi.
Uran-235
Paliwo jądrowe jest umieszczane w specjalnych prętach przed użyciem. Jest przechowywany w postaci tabletek wykonanych z tlenku uranu. Należy rozumieć, że ta substancja jest niejednorodna. 3% tych tabletek składa się z uranu-235 (to on jest rozszczepialny podczas reakcji), reszta to uran-238 (ten izotop nie jest rozszczepialny).
Dlaczego ten stosunek jest konieczny? Aby utrzymać proces pod kontrolą. Pracujący reaktor rozpoczyna reakcję rozszczepienia. W trakcie jego rozwoju zmniejsza się ilość uranu-235. Jednocześnie wzrasta ilość produktów rozszczepienia. To są odpady nuklearne. Stanowią one poważne zagrożenie dla środowiska i dlatego należy je odpowiednio utylizować. Czy atom może być pokojowy? Jak widać z opisanej technologii, tylko przy ścisłym przestrzeganiu instrukcji i zasad procesu produkcyjnego.
Warunki pojawienia się
Energia jądrowa (atomowa) powstała w połowie XX wieku. Od tego czasu na całym świecie zbudowano setki elektrowni jądrowych (dziś działają 442). Pokojowy atom dostarcza ponad połowę energii potrzebnej Francji, Polsce, Litwie, Słowacji, Szwecji i Korei Południowej. W Europie Zachodniej elektrownie jądrowe wytwarzają około jednej trzeciej energii elektrycznej.
Wszystko zaczęło się w 1939 roku, kiedy w Niemczech odkryto rozszczepienie uranu. Badania Niemców były niezwykle zainteresowane ZSRR. Dla naukowców od razu stało się jasne, że nowo odkryty proces pozwala na produkcję gigantycznych ilości energii. Gdyby specjaliści mogli nauczyć się kontrolować złożone reakcje, rozwiązałoby to wiele problemów ekonomicznych.problemy. Pierwsze sowieckie badania związane z pokojowym atomem odbyły się w RIAN (Instytucie Radowym Akademii Nauk) pod kierunkiem wybitnego fizyka Igora Kurchatova.
Wyścig nuklearny
Pracę sowieckich naukowców utrudniał brak własnych rezerw uranu ZSRR. Ponadto w 1941 roku rozpoczęła się Wielka Wojna Ojczyźniana, a rewolucyjne odkrycia trzeba było na chwilę zapomnieć. Na tym tle program został przechwycony w Wielkiej Brytanii, Stanach Zjednoczonych i Niemczech. Paradoks polega na tym, że energia jądrowa pojawiła się jako odgałęzienie projektu militarystycznego. Oczywiście, walczące kraje najpierw próbowały zdobyć najpotężniejszą broń, a dopiero potem pomyślały o pokojowych sposobach wykorzystania swoich odkryć.
Pierwszy eksperymentalny reaktor jądrowy został uruchomiony w Stanach Zjednoczonych w grudniu 1942 roku. Liderem projektu był włoski naukowiec Enrico Fermi. W ZSRR pierwszy reaktor pojawił się pod koniec 1946 roku w Instytucie Energii Atomowej. W tym czasie amerykańskie bombardowania Hiroszimy i Nagasaki już miały miejsce. W ZSRR bomba atomowa powstała w 1949 roku, a wodorowa w 1953 roku. Wojna już się skończyła, a naukowcy rozpoczęli przygotowywanie reaktora jądrowego do pracy dla gospodarki narodowej Związku Radzieckiego.
Budowa elektrowni jądrowej
Pierwsza na świecie elektrownia jądrowa została uruchomiona latem 1954 roku. Okazało się, że to elektrownia jądrowa w Obnińsku, położona w obwodzie kałuskim. W Stanach Zjednoczonych z niewielkim opóźnieniem rozpoczęto również realizację projektu energii atomowej. W 1956 r. Amerykanie po raz pierwszy odnieśli sukces dzięki pomocyreaktor, aby uzyskać energię elektryczną. Stopniowo w obu supermocarstwach powstawało coraz więcej nowych elektrowni jądrowych. Każdy z nich pobił kolejny rekord mocy.
Szczyt rozwoju energetyki jądrowej nastąpił w drugiej połowie lat sześćdziesiątych. Wtedy liczba budowy elektrowni jądrowych zaczęła spadać. W Stanach Zjednoczonych w Kongresie i środowisku naukowym rozpoczęła się dyskusja na temat problemów związanych z bezpieczeństwem pokojowego atomu. Niemniej jednak do 1986 r. wytwarzanie energii jądrowej osiągnęło 15% produkcji w elektrowniach konwencjonalnych.
Symbol energii jądrowej
W 1958 roku w Brukseli otwarto Atomium, gdzie odbyła się kolejna Wystawa Światowa. Koncepcję projektową opracował architekt André Waterkeyner. Atomium wygląda jak powiększona sieć krystaliczna żelaza: dziewięć połączonych atomów. Waga konstrukcji to 2400 ton, a wysokość 102 metry. Odwiedzający mogą wejść do sześciu z dziewięciu królestw. Te modele atomów, powiększone setki miliardów razy, są połączone ze sobą dwudziestoma 23-metrowymi rurami. Wewnątrz znajdują się korytarze i schody ruchome.
Zdjęcie „pokojowego atomu”, które pojawiło się w Brukseli u szczytu ery atomowej, szybko rozprzestrzeniło się na całym świecie, a Atomium stało się symbolem całej energii jądrowej i idei, że rewolucyjne odkrycia naukowe powinny być używane dla dobra ludzkości, a nie do wojen i zniszczenia. O belgijskim punkcie orientacyjnym wspominają w powieści znani sowieccy pisarze science fiction bracia Strugackich „Poniedziałek zaczyna się w sobotę”. Symbol pokojowego atomu pojawia się na wielu rysunkach, a także na emblematach poświęconych energetyce jądrowej.
Czynnik środowiskowy
Problem zanieczyszczenia środowiska odpadami promieniotwórczymi staje się z roku na rok coraz pilniejszy. Na przykład we współczesnej Rosji personel 10 elektrowni jądrowych zajmuje się pokojową energetyką jądrową. Wszystkie te przedsiębiorstwa wymagają szczególnej uwagi ekologów i departamentów rządowych.
50 000 metrów sześciennych odpadów radioaktywnych gromadzą się co roku w Unii Europejskiej. Kluczowym problemem jest to, że takie szczątki pozostają niebezpieczne przez tysiące lat (na przykład okres rozpadu plutonu-239 wynosi 24 tysiące lat).
Zarządzanie odpadami
Dzisiaj istnieje kilka koncepcji najlepszego usuwania odpadów radioaktywnych. Pierwszym pomysłem jest stworzenie cmentarzysk położonych na dnie oceanów. To dość trudny sposób na wdrożenie. Kontenery muszą znajdować się na znacznej głębokości, dodatkowo mogą zostać uszkodzone przez prądy morskie.
Drugi pomysł jest rozważany przez NASA, gdzie proponuje wysłać odpady nuklearne w kosmos. Ta metoda jest bezpieczna dla Ziemi, ale obarczona nadmiernymi wydatkami. Są inne pomysły: wywieźć odpady na niezamieszkane wyspy lub zakopać je w lodzie Antarktydy. Najbardziej akceptowalną opcją jest dziś budowa cmentarzysk w skalistych podziemnych skałach. Badania związane z tą ideą są kontynuowane w Niemczech i Szwajcarii.
Lekcja w Czarnobylu
Przez długi czas energia jądrowa była uważana za niekwestionowaną. Dla kilkuPrzez dziesięciolecia pokojowy atom w ZSRR i innych krajach kontynuował ekspansję gospodarczą. Jednak w 1986 roku w Czarnobylu doszło do tragedii, która zmusiła ludzkość do przemyślenia swojego stosunku do elektrowni jądrowych. Na stacji w pobliżu Prypeci doszło do wybuchu, który spowodował zniszczenie reaktora i uwolnienie do środowiska znacznej ilości niebezpiecznych dla zdrowia substancji promieniotwórczych.
Słynny sowiecki slogan „Pokojowy atom w każdym domu” został skompromitowany. W pierwszych miesiącach po wypadku zginęło 30 osób. Jednak prawdziwe skutki ekspozycji pojawiły się później. W ciągu następnych lat dziesiątki osób zmarło w agonii z powodu straszliwej choroby. W strefie zarażenia znajdowały się tysiące obywateli ZSRR. Znaczne terytoria Białorusi, Ukrainy i Rosji stały się nieprzydatne pod rolnictwo. Wypadek w elektrowni jądrowej w Czarnobylu doprowadził do wybuchu fobii publicznej w związku z energią jądrową. Po tej tragedii wiele stacji na całym świecie zostało zamkniętych.
Chociaż środki bezpieczeństwa w takich przedsiębiorstwach uległy znacznej poprawie w ciągu 30 lat, teoretycznie tragedia podobna do Czarnobyla może się powtórzyć. Wypadki miały miejsce zarówno przed, jak i po elektrowni jądrowej w Czarnobylu: w 1957 r. - w Wielkiej Brytanii (Windscale), w 1979 r. - w USA (Three Mile Island), w 2011 r. - w Japonii (Fukushima). Dziś MAEA zebrała informacje na temat ponad 1000 sytuacji awaryjnych na stacjach. Przyczyny wypadków: czynnik ludzki (80% przypadków), rzadziej - wady konstrukcyjne. W Fukushimie w Japonii doszło do nagłego wypadku z powodu potężnego trzęsienia ziemi i następującego po nim tsunami.
Perspektywy energetyki jądrowej
Kwestia, czy pokojowy atom ma przyszłość, jest skomplikowana z ekonomicznego punktu widzenia i wywołuje wiele kontrowersji wśród specjalistów. Ze względu na dużą liczbę sprzecznych czynników jego przyszłość jest niejasna i mglista. Najnowsze prognozy wydawane przez Międzynarodową Agencję Energetyczną sugerują, że jeśli obecne trendy utrzymają się, udział energii elektrycznej produkowanej przez elektrownie jądrowe spadnie z 15% do 9% do 2030 r.
Do niedawna popyt na energię jądrową był spowodowany m.in. wysokimi cenami ropy. Jednak w 2014 roku gwałtownie spadły. Tym samym pojawiła się kolejna tańsza alternatywa dla elektrowni jądrowych. Ważne jest również, aby pokojowy atom dostarczał ludziom wyłącznie energii elektrycznej (czyli nawet przy powszechnym użyciu nie może całkowicie uwolnić społeczeństwa od uzależnienia energetycznego).
Olej czy elektryczność?
Olej, mimo wszystko, jest ważny dla przemysłu i transportu. Około 40% energii zużywanej w USA pochodzi z tego surowca. Japonia i Francja nie mogły pozbyć się uzależnienia od ropy (choć aktywnie korzystają z elektrowni jądrowych). Czy więc pokojowy atom ma przyszłość, czy też jest skazany na pozostawanie w cieniu „czarnego złota”? Tendencje te sugerują, że elektrownie jądrowe mogą odejść w przeszłość. Jednak niektóre niedawne wydarzenia dały energetyce jądrowej nowe życie.
Mówimy o pojawieniu się samochodów napędzanych energią elektryczną zamiast benzyną. Dziś taki transport coraz częściej podbija rynki USA i Europy. Za kilkadziesiąt lat pojazdy elektrycznestanie się normą. Właśnie w tej chwili pokojowy atom może znów przyjść na ratunek światowej gospodarce. Elektrownie jądrowe są w stanie rozwiązać problem stale rosnącego zapotrzebowania różnych krajów na energię elektryczną.
Energia syntezy jądrowej
Istnieje inna perspektywa, w której pokojowy atom może odnieść ekonomiczny triumf. Jednym z najważniejszych problemów związanych z eksploatacją elektrowni jądrowych jest bezpieczeństwo środowiskowe. Kwestia złożoności utylizacji odpadów radioaktywnych i wypalonego paliwa zrodziła pomysł przeformatowania reaktorów jądrowych na nowe reaktory syntezy jądrowej. Takie przedsiębiorstwa będą całkowicie bezpieczne dla środowiska. Ale zanim ta pokojowa technologia atomowa zostanie wprowadzona do produkcji, specjaliści będą musieli przejść długą drogę.
Zespoły z 33 krajów świata już pracują nad projektem termojądrowym. Globalny charakter idei paliwa termojądrowego wynika z jego wielu zalet. Jest nie tylko bezpieczny z ekologicznego punktu widzenia, ale i niewyczerpalny. Surowcem niezbędnym naukowcom jest deuter pozyskiwany z oceanów. Główna różnica technologiczna między stacją termojądrową a elektrownią jądrową polega na tym, że synteza jądrowa będzie miała miejsce w nowych przedsiębiorstwach (rozszczepienie jądra odbywa się w byłych elektrowniach jądrowych). Być może ta technologia jest przyszłością pokojowego atomu.
