V polovině dvacátého století nejlepší mozky lidstva tvrdě pracovaly na dvou úkolech najednou: na vytvoření atomové bomby a také na tom, jak využít energii atomu pro mírové účely. Tak se objevily první jaderné elektrárny na světě. Jaký je princip fungování jaderné elektrárny? A kde na světě se nacházejí největší z těchto elektráren?
Historie a vlastnosti jaderné energie
„Energie je hlavou všeho“– tak lze parafrázovat známé přísloví vzhledem k objektivní realitě 21. století. S každým dalším kolem technologického pokroku ho lidstvo potřebuje stále větší množství. Dnes je energie „mírového atomu“aktivně využívána v ekonomice a výrobě, a to nejen v energetickém sektoru.
Elektřina vyrobená v takzvaných jaderných elektrárnách (které fungují na velmi jednoduchém principu) je široce používána v průmyslu, vesmírném průzkumu, medicíně a zemědělství.
Jaderná energie je odvětví těžkého průmyslu, které získává teplo a elektřinu z kinetické energie atomu.
Kdy se objevilyprvní jaderné elektrárny? Sovětští vědci studovali princip fungování takových elektráren již ve 40. letech. Mimochodem, paralelně také vynalezli první atomovou bombu. Atom byl tedy jak "mírový" tak smrtící.
V roce 1948 I. V. Kurčatov navrhl, aby sovětská vláda začala přímo pracovat na získávání atomové energie. O dva roky později začala v Sovětském svazu (ve městě Obninsk v oblasti Kaluga) výstavba vůbec první jaderné elektrárny na planetě.
Princip fungování všech jaderných elektráren je podobný a není vůbec těžké ho pochopit. Toto bude probráno dále.
JE: princip fungování (foto a popis)
Práce každé jaderné elektrárny je založena na silné reakci, ke které dochází při štěpení jádra atomu. Nejčastěji se na tomto procesu podílejí atomy uranu-235 nebo plutonia. Jádro atomů rozděluje neutron, který do nich vstupuje zvenčí. V tomto případě vznikají nové neutrony a také štěpné fragmenty, které mají obrovskou kinetickou energii. Právě tato energie je hlavním a klíčovým produktem každé jaderné elektrárny
Tak se dá popsat princip fungování reaktoru jaderné elektrárny. Na další fotce můžete vidět, jak to vypadá zevnitř.
Existují tři hlavní typy jaderných reaktorů:
- vysokovýkonový kanálový reaktor (zkráceně RBMK);
- tlakovodní reaktor (VVER);
- reaktor rychlých neutronů (FN).
Samostatně stojí za to popsat princip fungování jaderných elektráren jako celku. O tom, jak to funguje, se bude diskutovat.v příštím článku.
Princip fungování JE (diagram)
Jaderná elektrárna funguje za určitých podmínek a v přesně definovaných režimech. Kromě jaderného reaktoru (jednoho nebo více) zahrnuje struktura jaderné elektrárny další systémy, speciální zařízení a vysoce kvalifikovaný personál. Jaký je princip fungování jaderných elektráren? Stručně to lze popsat následovně.
Hlavním prvkem každé jaderné elektrárny je jaderný reaktor, ve kterém probíhají všechny hlavní procesy. O tom, co se děje v reaktoru, jsme psali v předchozí části. Do tohoto obrovského kotle je přiváděno jaderné palivo (obvykle nejčastěji uran) ve formě malých černých pelet.
Energie uvolněná při reakcích probíhajících v jaderném reaktoru se přeměňuje na teplo a přenáší se do chladicí kapaliny (obvykle vody). Je třeba poznamenat, že během tohoto procesu dostává chladicí kapalina také určitou dávku záření.
Teplo z chladicí kapaliny se dále přenáší do obyčejné vody (přes speciální zařízení - výměníky tepla), která v důsledku toho vře. Vzniklá vodní pára pohání turbínu. K tomu je připojen generátor, který generuje elektrickou energii.
Podle principu fungování jaderné elektrárny se tedy jedná o stejnou tepelnou elektrárnu. Jediný rozdíl je ve způsobu výroby páry.
Geografie jaderné energie
Nejlepších pět zemí ve výrobě jaderné energie je následujících:
- USA.
- Francie.
- Japonsko.
- Rusko.
- Jižní Korea.
Spojené státy americké, které vyrobí přibližně 864 miliard kWh ročně, vyrobí až 20 % světové elektřiny.
Celkem 31 států na světě provozuje jaderné elektrárny. Ze všech kontinentů planety jsou pouze dva (Antarktida a Austrálie) zcela bez jaderné energie.
Dnes je na světě v provozu 388 jaderných reaktorů. Pravda, 45 z nich už rok a půl nevyrábí elektřinu. Většina jaderných reaktorů se nachází v Japonsku a Spojených státech. Jejich úplná geografie je uvedena na následující mapě. Země s provozovanými jadernými reaktory jsou označeny zeleně, je uveden i jejich celkový počet v konkrétním stavu.
Rozvoj jaderné energie v různých zemích
Obecně od roku 2014 došlo k obecnému poklesu rozvoje jaderné energie. Lídry ve výstavbě nových jaderných reaktorů jsou tři země: Rusko, Indie a Čína. Řada států, které jaderné elektrárny nemají, navíc plánuje jejich výstavbu v blízké budoucnosti. Patří mezi ně Kazachstán, Mongolsko, Indonésie, Saúdská Arábie a řada severoafrických zemí.
Na druhou stranu řada států přistoupila k postupnému snižování počtu jaderných elektráren. Patří mezi ně Německo, Belgie a Švýcarsko. A v některých zemích (Itálie, Rakousko, Dánsko, Uruguay) je jaderná energie zakázána na legislativní úrovni.
Hlavní problémy jaderné energie
S rozvojem jaderné energie souvisí jeden významný ekologický problém. Jedná se o tzv. tepelné znečištění prostředí. Jaderné elektrárny tak podle mnoha odborníků vydávají více tepla než tepelné elektrárny stejného výkonu. Zvláště nebezpečné je znečištění termální vody, které narušuje přirozené podmínky života biologických organismů a vede k úhynu mnoha druhů ryb.
Další palčivý problém související s jadernou energií se týká jaderné bezpečnosti obecně. Poprvé se lidstvo vážně zamyslelo nad tímto problémem po černobylské katastrofě v roce 1986. Princip fungování jaderné elektrárny v Černobylu se příliš nelišil od ostatních jaderných elektráren. To ji však nezachránilo před velkou a vážnou nehodou, která měla velmi vážné následky pro celou východní Evropu.
Nebezpečí jaderné energie se navíc neomezuje na možné havárie způsobené člověkem. S likvidací jaderného odpadu tedy vznikají velké problémy.
Výhody jaderné energie
Příznivci rozvoje jaderné energetiky nicméně jmenují i jasné výhody jaderných elektráren. Tak zejména Světová jaderná asociace nedávno zveřejnila svou zprávu s velmi zajímavými údaji. Počet lidských obětí doprovázejících výrobu jednoho gigawattu elektřiny v jaderných elektrárnách je podle něj 43krát menší než v tradičních tepelných elektrárnách.
Existují další stejně důležité výhody. Jmenovitě:
- levná výroba elektřiny;
- čistota životního prostředí jaderné energie (s výjimkou znečištění termální vodou);
- chybějící přísný geografický odkaz jaderných elektráren na velké zdroje paliva.
Místo závěru
V roce 1950 byla postavena první jaderná elektrárna na světě. Principem fungování jaderných elektráren je štěpení atomu za pomoci neutronu. Tento proces uvolňuje obrovské množství energie.
Zdá se, že jaderná energie je pro lidstvo výjimečným přínosem. Historie však ukázala opak. Zejména dvě velké tragédie – havárie v sovětské jaderné elektrárně Černobyl v roce 1986 a havárie v japonské elektrárně Fukušima-1 v roce 2011 – demonstrovaly nebezpečí, které „mírumilovný“atom představuje. A mnoho zemí dnešního světa začalo uvažovat o částečném nebo dokonce úplném odmítnutí jaderné energie.
