در اواسط قرن بیستم، بهترین ذهن های بشر به طور همزمان روی دو کار سخت کار کردند: ایجاد بمب اتمی و همچنین نحوه استفاده از انرژی اتم برای اهداف صلح آمیز. اینگونه بود که اولین نیروگاه های هسته ای جهان ظاهر شدند. اصل کار نیروگاه هسته ای چیست؟ و بزرگترین این نیروگاه ها در کجای جهان واقع شده اند؟
تاریخچه و ویژگی های انرژی هسته ای
"انرژی سر همه چیز است" - اینگونه می توانید یک ضرب المثل معروف را با توجه به واقعیت های عینی قرن بیست و یکم ترجمه کنید. با هر دور جدید پیشرفت تکنولوژی، بشریت به مقدار فزاینده ای از آن نیاز دارد. امروزه انرژی "اتم صلح آمیز" به طور فعال در اقتصاد و تولید و نه تنها در بخش انرژی استفاده می شود.
برق تولید شده توسط به اصطلاح نیروگاه های هسته ای (که بر اساس یک اصل بسیار ساده کار می کنند) به طور گسترده در صنعت، اکتشاف فضا، پزشکی و کشاورزی استفاده می شود.
انرژی هسته ای شاخه ای از صنایع سنگین است که گرما و الکتریسیته را از انرژی جنبشی اتم استخراج می کند.
چه زمانی ظاهر شدنداولین نیروگاه های هسته ای؟ دانشمندان اتحاد جماهیر شوروی اصل عملکرد چنین نیروگاه هایی را در دهه 40 مطالعه کردند. به هر حال، به موازات آنها اولین بمب اتمی را نیز اختراع کردند. بنابراین، اتم هم «صلح‌آمیز» و هم کشنده بود.
در سال 1948، I. V. Kurchatov پیشنهاد کرد که دولت شوروی شروع به کار مستقیم در زمینه استخراج انرژی اتمی کند. دو سال بعد، در اتحاد جماهیر شوروی (در شهر اوبنینسک، منطقه کالوگا)، ساخت اولین نیروگاه هسته ای روی این سیاره آغاز شد.
اصل عملکرد همه نیروگاه های هسته ای مشابه است و درک آن اصلاً دشوار نیست. این مورد بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
NPP: اصل عملکرد (عکس و توضیحات)
کار هر نیروگاه هسته ای بر اساس واکنش قدرتمندی است که در طول شکافت هسته یک اتم رخ می دهد. اتم های اورانیوم 235 یا پلوتونیوم اغلب در این فرآیند نقش دارند. هسته اتم ها نوترونی را که از بیرون وارد آنها می شود تقسیم می کند. در این حالت نوترون های جدید و همچنین قطعات شکافت تولید می شوند که انرژی جنبشی عظیمی دارند. فقط این انرژی محصول اصلی و کلیدی هر نیروگاه هسته ای است
اینگونه می توانید اصل کار یک راکتور نیروگاه هسته ای را توصیف کنید. در عکس بعدی می توانید ببینید که از داخل چگونه به نظر می رسد.
سه نوع اصلی راکتور هسته ای وجود دارد:
- راکتور کانال با توان بالا (به اختصار RBMK)؛
- راکتور آب تحت فشار (VVER);
- راکتور نوترونی سریع (FN).
به طور جداگانه، ارزش توصیف اصل عملکرد نیروگاه های هسته ای به عنوان یک کل را دارد. نحوه عملکرد آن مورد بحث قرار خواهد گرفت.در مقاله بعدی.
اصل عملکرد NPP (نمودار)
نیروگاه هسته ای تحت شرایط خاص و در حالت های کاملاً تعریف شده کار می کند. علاوه بر یک راکتور هسته ای (یک یا چند)، ساختار یک نیروگاه هسته ای شامل سایر سیستم ها، تأسیسات ویژه و پرسنل بسیار ماهر است. اصل کار نیروگاه های هسته ای چیست؟ می توان آن را به طور خلاصه به شرح زیر توصیف کرد.
عنصر اصلی هر نیروگاه هسته ای یک راکتور هسته ای است که تمام فرآیندهای اصلی در آن انجام می شود. ما در مورد آنچه در راکتور اتفاق می افتد در بخش قبل نوشتیم. سوخت هسته ای (معمولاً اغلب اورانیوم) به شکل گلوله های کوچک سیاه رنگ وارد این دیگ عظیم می شود.
انرژی آزاد شده در طی واکنش هایی که در یک راکتور هسته ای انجام می شود به گرما تبدیل شده و به خنک کننده (معمولاً آب) منتقل می شود. لازم به ذکر است که در طی این فرآیند مایع خنک کننده نیز دوز مشخصی از تابش دریافت می کند.
بعلاوه، گرمای مایع خنک کننده به آب معمولی (از طریق دستگاه های مخصوص - مبدل های حرارتی) منتقل می شود که در نتیجه به جوش می آید. بخار آب حاصله توربین را به حرکت در می آورد. یک ژنراتور به دومی متصل است که انرژی الکتریکی تولید می کند.
بنابراین طبق اصل کارکرد نیروگاه هسته ای، این همان نیروگاه حرارتی است. تنها تفاوت در نحوه تولید بخار است.
جغرافیای انرژی هسته ای
پنج کشور برتر در تولید انرژی هسته ای به شرح زیر است:
- ایالات متحده آمریکا.
- فرانسه.
- ژاپن.
- روسیه.
- کره جنوبی.
در همان زمان، ایالات متحده آمریکا با تولید حدود 864 میلیارد کیلووات ساعت در سال، تا 20 درصد از برق جهان را تولید می کند.
در مجموع، 31 کشور در جهان نیروگاه های هسته ای را اداره می کنند. از میان تمام قاره‌های کره زمین، تنها دو قاره (قطب جنوب و استرالیا) کاملاً عاری از انرژی هسته‌ای هستند.
امروزه ۳۸۸ رآکتور هسته ای در جهان فعال هستند. درست است، 45 نفر از آنها یک سال و نیم است که برق تولید نکرده اند. بیشتر رآکتورهای هسته ای در ژاپن و ایالات متحده مستقر هستند. جغرافیای کامل آنها در نقشه زیر ارائه شده است. کشورهایی که راکتورهای هسته‌ای فعال دارند با رنگ سبز مشخص شده‌اند، تعداد کل آنها در یک حالت خاص نیز مشخص شده است.
توسعه انرژی هسته ای در کشورهای مختلف
به طور کلی، از سال 2014، کاهش کلی در توسعه انرژی هسته ای وجود داشته است. سه کشور روسیه، هند و چین پیشرو در ساخت راکتورهای هسته ای جدید هستند. علاوه بر این، تعدادی از کشورهایی که نیروگاه های هسته ای ندارند، در حال برنامه ریزی برای ساخت آنها در آینده نزدیک هستند. اینها عبارتند از قزاقستان، مغولستان، اندونزی، عربستان سعودی و تعدادی از کشورهای شمال آفریقا.
از سوی دیگر، تعدادی از کشورها کاهش تدریجی تعداد نیروگاه های هسته ای را آغاز کرده اند. آلمان، بلژیک و سوئیس از جمله این کشورها هستند. و در برخی کشورها (ایتالیا، اتریش، دانمارک، اروگوئه) انرژی هسته ای در سطح قانونگذاری ممنوع است.
مشکلات اصلی انرژی هسته ای
یک مشکل زیست محیطی مهم در ارتباط با توسعه انرژی هسته ای وجود دارد. این به اصطلاح آلودگی حرارتی محیط زیست است. بنابراین، به گفته بسیاری از کارشناسان، نیروگاه‌های هسته‌ای گرمای بیشتری نسبت به نیروگاه‌های حرارتی با همان ظرفیت تولید می‌کنند. آلودگی حرارتی آب به ویژه خطرناک است که شرایط طبیعی زندگی موجودات بیولوژیکی را مختل می کند و منجر به مرگ بسیاری از گونه های ماهی می شود.
مسئله داغ دیگر در رابطه با انرژی هسته ای به ایمنی هسته ای به طور کلی مربوط می شود. برای اولین بار، بشر پس از فاجعه چرنوبیل در سال 1986 به طور جدی به این مشکل فکر کرد. اصل کار نیروگاه هسته ای چرنوبیل تفاوت چندانی با سایر نیروگاه های هسته ای نداشت. با این حال، این او را از یک تصادف بزرگ و جدی که پیامدهای بسیار جدی برای کل اروپای شرقی در پی داشت، نجات نداد.
علاوه بر این، خطر انرژی هسته‌ای به حوادث احتمالی انسان‌ساز محدود نمی‌شود. بنابراین، مشکلات بزرگی در مورد دفع زباله های هسته ای به وجود می آید.
مزایای انرژی هسته ای
با این وجود، حامیان توسعه انرژی هسته ای از مزایای آشکار نیروگاه های هسته ای نیز نام می برند. بنابراین، به ویژه انجمن جهانی هسته ای اخیرا گزارش خود را با داده های بسیار جالب منتشر کرده است. به گفته وی، تعداد تلفات انسانی ناشی از تولید یک گیگاوات برق در نیروگاه های هسته ای 43 برابر کمتر از نیروگاه های حرارتی سنتی است.
مزایای به همان اندازه مهم دیگری نیز وجود دارد. یعنی:
- تولید برق ارزان؛
- پاکیزگی محیط زیست انرژی هسته ای (به استثنای آلودگی آب های حرارتی)؛
- عدم ارجاع دقیق جغرافیایی نیروگاه های هسته ای به منابع بزرگ سوخت.
به جای نتیجه گیری
در سال 1950، اولین نیروگاه هسته ای جهان ساخته شد. اصل کار نیروگاه های هسته ای شکافت اتم با کمک یک نوترون است. این فرآیند مقدار زیادی انرژی آزاد می کند.
به نظر می رسد که انرژی هسته ای یک موهبت استثنایی برای نوع بشر است. با این حال، تاریخ خلاف آن را ثابت کرده است. به ویژه، دو فاجعه بزرگ - حادثه نیروگاه هسته‌ای چرنوبیل شوروی در سال 1986 و حادثه در نیروگاه فوکوشیما-1 ژاپن در سال 2011 - خطر ناشی از اتم "صلح‌آمیز" را نشان داد. و بسیاری از کشورهای جهان امروز به فکر رد بخشی یا حتی کامل انرژی هسته ای افتاده اند.
