Ядрена енергия

Привет! Днес ще учим за ядрената енергия и за целта ще посетим родния ми щат – Айдахо. Земята на картофите и на ядрената енергетика. Ако пътуваш през Айдахо, вероятно ще минеш през малък град на име Арко, където ще намериш ресторанта Пикълс Плейс, дом на "Атомния бургер". Чакай, радиоактивен бургер? Звучи малко притеснително. Всъщност, Арко стана първият град в света, захранван от ядрена енергия. И, разбира се, първият град, който сервира "Атомни бургери", произведени с ядрена енергия. Но как захранват с енергия този грил? Използват ли зелени камъни, за да направят вкусните Атомни бургери? Нека разберем. Ядрените централи изглеждат съмнителни и малко страшни, но произвеждат електричество както повечето централи. Нагряват вода, за да създадат пара, която върти турбини за енергия. Повечето ядрени централи използват леки водни реактори, за да генерират електричество, изградени от пет основни части. Първо имаме ядрото на реактора, където са горивните пръти. После имаме обвивка за задържане, която огражда реактора и използваните горивни пръти. Тук имаме вода, която се нагрява до пара. Парата върти турбина, прикрепена към генератор, за да произведе електричество. Процесът на задействане на турбината е същият процес като при въглищните, газовите, геотермалните, хидро- и вятърните централи. Без значение колко сложна е системата, тя се свежда до една и съща идея – завъртане на колело, едно от най-старите изобретения – при което се произвежда електричество. Накрая имаме излишна водна пара, която е единствената директна емисия от генерирането на ядрена мощност. Лесно, нали? Всъщност е доста трудно. Как точно се нагрява водата? Ядрената енергия не е като да запалиш грил и изисква да слезем до най-малката единица, атома. Тук получаваме енергия на атомно ниво, но не от самия атом. За да получим енергия, трябва да разделим атома. Това е процес на ядрено разпадане, при който се изстрелват неутрони към атома, което го кара да се раздели на отделни атоми на други по-малки елементи. Този разпад произвежда много енергия, която предимно се преобразува в топлина, която затопля водата и произвежда пара. Но ни трябват специален вид атоми за този ядрен разпад и повечето реактори използват уран-235. Защо уран-235? Първо, уран-235 е голям атом с 92 протона и 143 неутрона. В света на атомите това е тежък елемент. Второ, уран-235 е нестабилен, понеже не само е голям, но и е изотоп, което означава, че има различен брой неутрони от по-често срещания вид уран, уран-238, който има с три неутрона повече. Това прави уран-235 нестабилен, което означава, че може да се разпадне под влияние на неутрони, произвеждайки други елементи, енергия и още неутрони. Тези произведени неутрони се сблъскват с други У-235 атоми, причиняват разпад и верижна реакция, която е в основата на ядрената енергетика. Тази верижна реакция е много важна, понеже отличава ядрената централа от по-деструктивната атомна бомба. В атомните бомби се използва същия процес, но при тях реакцията е бърза, деструктивна и неконтролируема, което води до изключително силни експлозии, не е нещо, което бихме искали да се случи в ядрената централа. Малкото е много, що се отнася до ядрения разпад. Горивото се състои от малки пелети уран-235, всяка с размер на гума за молив, но е еквивалент на тон въглища. Да, буквално тон. Тези пелети са пакетирани в горивни пръти, които са групирани заедно и поставени в ядрения реактор. Ядреният разпад е много мощен и може да генерира много топлина с малко материал. Но за да не става твърде горещо, което ще доведе до стопяване на ядрото на ядрения реактор – а то не е като топенето на кашкавал – затова реакторът се охлажда с вода. Когато реакторът генерира повече топлина, отколкото може да бъде отведена от охлаждащата вода, горивните пръти в ядрото на реактора може да се стопят, да паднат на дъното на реактора и потенциално да си стопят път към външната среда. Това се нарича разтапяне на активната зона на реактора и затова реакторът е ограден от обвивка от дебела стомана и бетон, които трябва да задържат вътре радиоактивните материали. Не искаме радиоактивни бургери. Но ядрените пръти не траят вечно. След 3 до 6 години в реактора горивните пръти престават да поддържат процеса ефективно и стават силно радиоактивни. Трябва да бъдат извадени внимателно и съхранени. Но какво правим с ядрения отпадък? Проблемът с използваното ядрено гориво е че е много радиоактивно, остава във въздуха, почвата и водата хиляди, хиляди години и може да увреди ДНК на живите организми, причинявайки рак и други болести. За доста дълго време, от 1946 до 1993, много страни просто хвърляли радиоактивния отпадък в океана. По-късно това било забранено. Вместо това ядреният отпадък може да бъде заровен, но и тук има проблеми. Ядрените отпадъци може да се просмучат в почвата и водата, ако не са заровени правилно. Къде ги заравяме безопасно? Е, никъде. Отработено ядрено гориво се съхранява по целия свят в различни системи за съхранение, но никоя от тях не е дългосрочна. То може също така да се рециклира и преработи, като неизползваният уран бъде разделен от отработеното ядрено гориво. Но този процес е опасен и скъп. Преработката често е по-скъпа от съхраняването или изхвърлянето и пак води до значително количество останал радиоактивен материал, който трябва да се изхвърли. Няма перфектно решение за производство на енергия. Всеки вид производство на енергия има плюсове и минуси. Но Атомният бургер на Пикъл Плейс е доста перфектен и сега ще изям един.