Energia jądrowa: Czysta i niezawodna. Czy jest wystarczająco bezpieczna?

13 minute read

Zaktualizowano Sat Apr 03 2021

Dlaczego energia jądrowa?

W przeciwieństwie do paliw kopalnych, takich jak węgiel i gaz, energia jądrowa nie wytwarza prawie żadnych emisji CO₂.

Gdyby cała zużywana przez nas obecnie energia była energią jądrową, ile mniej CO₂ emitowałby sektor energetyczny?


Emisje ekwiwalentu CO₂: 100% energii jądrowej w porównaniu z obecnym koszykiem energetycznym

Dodatkowo energia jądrowa może dostarczać niezawodnej elektryczności przez cały czas, ponieważ nie jest zależna od pogody. Wygląda to obiecująco, przyjrzyjmy się jej więc bardziej szczegółowo.

Jak pozyskujemy energię z rozszczepiania atomów?

Zapewne znasz równanie Einsteina „E = mc²”. To równanie zasadniczo mówi, że możemy zamienić masę w energię (i odwrotnie)! Właśnie stąd pochodzi energia z elektrowni jądrowej.

Atomy składają się z protonów, neutronów i elektronów. Protony i neutrony znajdują się w centrum atomu (nazywanym „jądrem”). Protony mają ładunek dodatni, elektrony są naładowane ujemnie, a neutrony nie są naładowane w ogóle.

Atom helu

Reaktory jądrowe używają uranu-235, izotopu uranu o 92 protonach i 143 neutronach. Nazywa się to uranem-235, ponieważ 92 + 143 = 235.

Kiedy wystrzelisz neutron w U-235, podzieli się na:

  • Dwa mniejsze atomy
  • Kilka neutronów (do 5, ale średnio 2 lub 3; jest to nieco losowe w każdym rozbiciu)
  • Pewną energię w postaci ciepła. W tym miejscu otrzymujemy energię!
Rozszczepianie uranu

Jaka jest różnica między bombą jądrową a elektrownią jądrową?

Jeden neutron powoduje, że atom U-235 rozszczepia się, uwalniając energię i więcej neutronów. Te nowe neutrony mogą spowodować dalszy podział U-235, a proces ten dalej powtarza się. Więc jeśli w jednym miejscu znajdzie się wiele atomów U-235, otrzymasz...

Jądrową reakcję łańcuchową

Dlaczego stanowi to problem?


Jeżeli każde rozszczepienie powoduje kolejne dwa rozszczepienia (lub więcej), to cała moc zostanie bardzo szybko uwolniona. To właśnie ma miejsce w bombie atomowej. W reaktorach jądrowych chcemy, aby każde rozszczepienie powodowało przeciętnie dokładnie jedno dodatkowe rozszczepienie, co zapewnia stabilność i ciągłość procesu.

Stabilna jądrowa reakcja łańcuchowa

Można to osiągnąć za pomocą mądrej inżynierii, którą bardziej szczegółowo omówimy w „Zaawansowanej” wersji tego kursu.

Jak działają reaktory jądrowe?

Najpopularniejszym obecnie typem reaktora jest reaktor wodny ciśnieniowy (PWR). Zawiera on dwa obiegi wody. W pierwszym, zwanym obiegiem pierwotnym, ma miejsce rozszczepienie U-235, które bardzo rozgrzewa znajdującą się w nim wodę.

Reaktor wodny ciśnieniowy 1

Gorąca woda z obiegu pierwotnego przepływa następnie przez rurę, która przebiega przez oddzielny obieg wodyobieg wtórny. Para powstała w wyniku wrzenia tego drugiego obiegu wody jest następnie używana do obracania turbiną, co wytwarza energię elektryczną.

Reaktor wodny ciśnieniowy 2

Czy energia jądrowa jest bezpieczna?

Co może pójść nie tak w opisanym powyżej procesie?


Obie te kwestie są problemami. Przyjrzyjmy się danym liczbowym. Czy energia jądrowa powoduje więcej czy mniej zgonów od energii wytwarzanej z węgla (na jednostkę wytworzonej energii elektrycznej)?


Bezpieczeństwo: energia jądrowa vs węgiel

Wbrew powszechnemu przekonaniu wypadki jądrowe są niezwykle mało prawdopodobne i w sumie powodują znacznie mniej zgonów niż paliwa kopalne (głównie dlatego, że spalanie paliw kopalnych powoduje śmiertelne zanieczyszczenie powietrza).

Trzeba jednak przyznać, że wprawa w budowaniu reaktorów jądrowych pomaga krajom poprawić umiejętności budowania bomb.

Inną wadą rozszczepiania jądra atomu są odpady promieniotwórcze. Jak na razie w USA jest 90 000 ton szkodliwych odpadów (to odpowiednik boiska do piłki nożnej o głębokości 20 metrów). Chociaż wiemy, jak tymczasowo przechowywać te odpady, nie mamy jeszcze długoterminowego rozwiązania.

W „Zaawansowanym” wariancie tego kursu omawiamy zupełnie nowe projekty reaktorów, które mogą pomóc zażegnać te problemy.

Oprócz społecznej percepcji kwestii bezpieczeństwa energii jądrowej, niezaprzeczalnym problemem jest wysoki koszt budowania nowych elektrowni jądrowych. W rzeczywistości budowa nowych reaktorów w wielu krajach, w tym USA, nie jest uznawana za opłacalną.

Podsumowanie

Energia jądrowa ma niemal zerową emisję węgla i jest stabilnym źródłem energii.

Choć budowa nowych elektrowni jądrowych w krajach zachodnich przestała być opłacalna, wyłączenie reaktorów, które już zbudowaliśmy, usunie tylko bezpieczną i niemal bezemisyjną alternatywę dla węgla. Ponadto kraje takie jak Chiny i Indie działają prężnie w tej kwestii – i to jest dobre dla klimatu!

Dzisiejsza energia jądrowa ma problem z odpadami, ale trzeba to porównać z alternatywą: emisjami CO₂ z paliw kopalnych. Wybuchy są jednak tak rzadkie i powodują porównywalnie niewiele zgonów, że energia jądrowa jest w rzeczywistości jedną z najbezpieczniejszych form dostępnej energii!

Następny rozdział