atominė energija

Įžanga

Senovėje žmonės apsiėjo be įvairių prietaisų, be kurių šiandien negalime įsivaizduoti gyvenimo, tai ir televizorius, ir kompiuteris, ir radijas, ir skalbimo mašina, bei daugybė kitų prietaisų, kurie naudoja elektros energiją. Iš pradžių elektrą pradėjo gaminti šiluminės ir hidroelektrinės, dabar jau yra vėjo ir saulės energijos jėgainių, nors jos dar ne taip ir daug naudojamos, o mokslininkai ieško vis naujų elektros energijos gavybos būdų, tačiau daugiausia energijos gaunama iš atominių elektrinių, be to iš populiaresnių elektrinių jos mažiausiai teršia gamtą. Žinoma paanaudotą kurą sunku saugoti, bet su tuo galima susitvarkyti. Kitas jos privalumas yra tai, kad baigia išsekti kuras šiluminėms elektrinėms. Tiesa tai yra ir pats pavojingiausias energijos gavimo būdas, ypač jeigu gamybinis procesas nėra deramai kontroliuojama.

Apie Ignalinos Atominę elektrinę

Šiuo metu Ignalinos AE veikia RBMK-1500 reaktoriai, kol kas jie yra patys galingiausi visame pasaulyje ir yra labai įtikėtina, kad galingesnių nebeatsiras. Pirmasis reaktorius pradėtas eksploatuoti 1983 m. gruodžio pabaigoje, o antrasis – 1987 m. rugpjūtį. Šiluminė elektrinės vieno bloko galia – 4800 MW, elektrinė galia – 1500 MW. Iggnalinos AE naudojama vieno kontūro šiluminė schema: į turbinas tiekiamas prisotintas 6,5 MPa slėgio garas, susidaro tiesiog reaktoriuje, verdant per jį pratekančiam lengvajam vandeniui, cirkuliuojančiam uždaru kontūru. Pirmoji elektrinės eilė turi du energetinius blokus. Vieno reaktoriaus bloke yra dvi turbinos, kurių galia po

o 750 MW, kiekviename energobloke yra patalpos branduolinio kuro transportavimo sistemoms ir valdymo pultams. Bendra energoblokams yra mašinų salė, patalpos dujoms valyti ir vandens paruošimo sistemos.
Labai svarbus klausimas yra ar gali IAE pasikartoti Černobylio katastrofa, specialistai sako kad ne: Černobylio avarijos pasekmės yra unikalios. Avarijos pagrindinė priežastis yra ne tiek operatorių padarytos klaidos, kiek pačių tuometinių RBMK tipo reaktorių projekto trūkumai, nes tam tikruose eksploatacijos režimuose aktyviosios zonos reaktyvumo koeficientas buvo teigiamas. Tai jokiom aplinkybėm neleistinas trūkumas, kuris nulėmė pražūtingas pasekmes. Svarbu pažymėti, jog šis trūkumas yra pašalintas. Atlikti įrangos patobulinimai pakeitė Ignalinos AE neutronines charakteristikas. Tai ir strypų-sugėriklių įvedimas, kuro sodrumo pakeitimas ir valdymo strypų konstrukcijos modernizacija. Dėl to dabartiniai Ignalinos AE reaktoriai negali būti sutapatinami su Čemobylyje buvusiais reeaktoriais. Įvykdyti pakeitimai garantuoja, kad bendras reaktyvumo koeficientas išlieka neigiamas esant visoms galimoms aplinkybėms. Ši charakteristika buvo verifikuota plačia tarptautinių ekspertų analize. Netgi mažai tikėtino įvykio metu, t.y. padarius panašias klaidas kaip ir Černobylio avarijoje, pasekmės būtų ribotos ir nenukentėtų nei šalia esantys gyventojai, nei elektrinės darbuotojai, nes Ignalinos AE yra vadinamoji Avarijų lokalizacijos sistema. Ši sistema veikia tokiu pat principu, kaip ir GE (General Electric) ar ABB pastatyti BWR (verdančio vandens reaktoriai) tipo reaktoriai. Čia pritaikomas “slėgio sumažinimo”principas, kuris re
eaktoriaus ir komunikacijų erdvę padalija į du pagrindinius tūrius. Kai garas patenka į vidinį tūrį (pvz., dėl vamzdžio trūkio), jis turi praeiti pro didelį vandens rezervuarą, kad patektų į išorinius tūrius. Tai sumažina slėgį ir pašalina didžiąją dalį radioaktyvaus skilimo produktų. Daugiapusė ALS sistema yra viena iš projektinių charakteristikų, kurios išskiria IAE iš kitų RBMK reaktorių tipo jėgainių.
Svarbi ir avarijų tikimybė, tam buvo sukurtas metodas, leidžiantis pagal komponentų gedimų duomenis ir visapusišką analizę nustatyti du avarijų aspektus – įvykių tikimybę ir tų įvykių pasekmes. Šių dviejų rodiklių kombinacija visiems galimiems avariniams įvykiams duoda matą, kurį galima panaudoti skirtingų atominių elektrinių ir reaktorių tipų saugos palyginimui.
Išsamios tarptautinių ekspertų Ignalinos AE studijos nustatė, jog šie tikimybinės rizikos analizės rodikliai modifikuotai (po “Černobylio”) Ignalinos AE yra sulyginami su vakarietiškų reaktorių rodikliais. Pažymėtina, jog Ignalinos AE yra vienintelis RBMK tipo reaktorius, kuriam atliktas toks palyginimas.

Svarbiausi reaktoriaus RBMK-1500 techniniai duomenys

Šilumos agentas Vanduo
(garo ir vandens mišinys)
Šiluminė schema vieno kontūro

Reaktoriaus galia šiluminė 4800MW

elektrinė 1500MW

Aktyvosios zonos matmenys skersmo 11800mm

aukštis 7000mm
Kanalų kvadratinio klojinio žingsnis 0,250,25m

Grafitinio reflektoriaus storis galinio 500mm

šoninio 880mm
Maksimali grafito temperatūra 750 0C
Kuras urano dioksidas
Pradinis įsodrinimas pagal U235 2,0%
Kuro suvartojimas 21,6 MW . P/kg

Kanalų kiekis klojinyje Technologinių 1661vnt.

Valdymo ir apsaugos sistemos
235 vnt.

Reflektoriaus aušinimo 156 vnt.
Prisotinto garo slėgis seperatoriuose 7,0 MPa
Maitinančiojo vandens temperatūra 190 0C
Prisotinto garo suvartojimas 8800t/p
Šilumos agento suvartojimas reaktoriuje 4000048000m3/val

Šilumos agento temperatūra Įėjime į TK 260 0C

išėjme iš TK 285 0C
Vidutinis masės garingumas išėjime 0,291

Bet testuotojai netvirtina, jog Ignalinos AE yra id

dentiška vakarietiškiems reaktoriams. Grafitą lėtikliui naudojantis kanalinio tipo reaktorius savo konstrukcija skiriasi nuo vakarietiškų BWR tipo reaktorių. Šių skirtumų pasekmių detalios analizės dokumentacija yra labai išsami. Įdomesnės yra bendresnio pobūdžio išvados.
Tikimybė jog atsitiks koks nors trikdantis įvykis (pvz., vamzdžio trūkis, vožtuvo gedimai ir pan.), Ignalinos AE yra didesnė nei atitinkamiems vakarietiškiems BWR reaktoriams. Objektyvi to priežastis yra didesnis jėgainės sudėtingumas (žymiai didesnis vamzdžių, vožtuvų bei su jais susijusios įrangos skaičius) ir žemesnis sovietų projektavimo ir statybos kokybės lygis. Tačiau tarptautinė analizė nustatė, kad Ignalinos AE yra stebėtinai atspari ir didžioji dauguma sutrikimų neprives prie kuro rinklių perkaitinimo bei ten susikaupusių radioaktyvių medžiagų išmetimo iš jų (pažymėtina, radioaktyvios medžiagos pasklis kuro rinklėje, bet nebus išmestos į aplinką. Išmetimas į aplinką reikalauja papildomo gedimo). Šis atsparumas taip pat turi objektyvias priežastis. Tai lemia kanalinė reaktoriaus konstrukcija, kuri riboja šilumnešio praradimo avarijas iki vienetinio kanalo, žymiai didesni aktyviosios zonos tūriai ir, tuo pačiu, geresnes aktyviosios zonos galimybes “pakelti” energijos srauto svyravimus (tai reiškia, jog sutrikus vandens tiekimui, temperatūra kyla lėčiau), didesnis vertikalus pakilimas (didesnė varomoji jėga natūraliai cirkuliacijai), didesni vandens tūriai pirmame kontūre ir virš aktyviosios zonos bei didelis perteklinis faktorius, kuriuo sovietinių reaktorių projektuotojai kompensavo žemesnę valdymo kontrolę.
Atsižvelgiant į visus šiuos faktorius, galima teigti, jog av
varijų tikimybė bei jų pasekmės yra palyginamos su įvertinimais, gautais vakarietiškiems reaktoriams. Ir todėl nevertėtų skubėti uždaryti Ignalinos AE.

Atominės energijos istorija

Atrandant atominės energijos įsisavinimo būdus prireikė daugelio žmonių pastangų. Pats radioaktyvumo reiškinys 1896 m. buvo netyčia buvo atrastas prancūzo Henri Becquerelio, palikusio stalčiuje su foto plokštelėmis truputį urano druskos. Išryškinęs plokšteles jis pamatė, kad jos yra apšviestos. Po keleto eksperimentų paaiškėjo, kad plokštelę apšvietusias daleles spinduliuoja pats uranas. Dar po poros metų Marie ir Pierre Curie iš rūdos išskyrė naują cheminį elementą radį, kuris nustebino visus mokslininkus, nes nuolat, be jokios regimos priežasties generavo šilumą bei visai nelauktai virsdavo kitais elementais.
1905 m. Albertas Einšteinas išnarpliojo neišsenkančios radžio energijos paslaptį parodęs, kad energija gali virsti pati medžiaga. Mažai kas tuomet tikėjo, kad atomų energiją kada nors būtų galima panaudoti. Įžymusis išradėjas Nicola Tesla kartą pasakė, kad atominės energijos paieškos jam atrodo dar labiau beviltiškos, nei stengimasis sukurti amžinąjį variklį. Jo manymu skaldant atomus visada reikėtų sunaudoti daugiau energijos, negu po to būtų galima iš tokios reakcijos gauti.
Metams bėgant fizikai sukaupė vis daugiau žinių apie atomų sandarą, bet tai, kaip reikėtų gaminti ir naudoti atomuose sukauptą energiją nepasidarė aiškiau. Taip buvo iki 1938 m., kuomet du vokiečiai Otto Hahnas ir Fritzas Strassmanas nesurado urano atomų branduolių skilimo. Uraną sudaro du izotopai: U235 ir U238. Mokslininkai aptiko, jog tuomet, kai į U235 atomą pataiko neutronas, jis skyla perpus, o šio proceso metu išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Dar daugiau, skylant branduoliui išsilaisvina nauji neutronai, galį skaldyti kitus atomus ir sukelti grandininę reakciją. Galiausiai išsiskiria tiek daug energijos, kad ją jau galima naudoti elektros gamyboje arba, blogesniu atveju, kuriant atominę bombą.
A.Einšteinas iškart perspėjo JAV prezidentą Ruzveltą, kad nacių Vokietija gali pasigaminti be galo galingas naujos rūšies bombas ir pareiškė, kad tokius tyrimus būtina pradėti ir Amerikai. Prezidentas paklausė žymiojo fiziko ir gimė labai slaptas projektas “Manhattan”, skirtas urano ir branduolių skilimo tyrimui.

Pirmasis pasaulyje branduolinis reaktorius atsirado Čikagos universiteto sporto salėje. Jį sudarė dideli švaraus grafito blokai, kuriuose buvo padarytos skylės urano strypams. Vadovaujant Nobelio premijos laureatui, italų fizikui Enrico Fermi reaktorius buvo pradėtas bandyti. Lėtai buvo traukinami lauk kontrolės strypai, turėję pristabdyti branduolinę reakciją. Dėl viso pikto greta stovėjo laborantas su kirviu rankose, pasiruošęs bet kuriuo momentu nukirsti lyną, kuriuo kontrolės strypai buvo keliami. Atidžiai stebėjęs savirašio plunksnos virpėjimą Fermi praneša: “Reakcija palaiko save pačią”. Nors atominės energijos tuomet tebuvo gauta vos pusė vato, ši 1942 m. gruodžio 2 diena pateko į istoriją. Pirmąjį kartą pavyko gauti grandininę branduolių skilimo reakciją.
Dar po trijų metų, 1945 m. liepos mėnesį, Niu Meksiko dykumoje buvo susprogdinta pirmoji atominė bomba. Sprogimas sukūrė tiek energijos, kad plieno bokštas, kuriame bomba buvo įtaisyta, išgaravo, o dykumos slėnis aplink jį išsilydė. Nedaugelis iš sprogimą stebėjusių mokslininkų suprato, kad vos po mėnesio toks pat sprogimas sunaikins tūkstančius žmonių gyvybių.
Tuo metu JAV kariavo su Japonija ir prezidentui Trumenui teko spręsti, panaudoti ar ne atominę bombą. Jo sprendimas pakeitė istoriją. Rugpjūčio 6 d. bomba sprogo Hirosimoje, o dar po trijų dienų – Nagasakyje.
Atominė bomba tebuvo pirmasis iš naujo baisių ginklų arsenalo. Kitos kartos bombos-termobranduolinės arba vandenilinės, naudojo dviejų vandenilio atomų susijungimą į helio atomą. Ši reakcija teikia energiją Saulei ir kitoms žvaigždėms. Nuo tada, kai 1952 m. JAV susprogdino pirmąją vandenilinę bombą, šių ginklų griaunamoji jėga imta matuoti jau nebe tūkstančiais, o milijonais trinitrotolueno tonų. Metams bėgant SSSR ir JAV bandė vis galingesnes ir galingesnes vandenilines bombas. Pasaulis ėmė vis daugiau nerimauti dėl šių bombų sukuriamos radioaktyvios aplinkos taršos. Galiausiai, dauguma branduolinių valstybių pasirašė bombų bandymus draudžiančią sutartį.

1956 m. Anglijoje buvo paleista pirmoji pasaulyje atominė elektrinė. Tuomet buvo prognozuojama, kad apie 2000 m. tokios elektrinės gamins daugiau nei 50 proc. elektros energijos. Tačiau panašūs pranašai neatsižvelgė į tai, kokias katastrofiškas pasekmes gali sukelti atominių elektrinių avarijos. Po avarijų Three Mile Island ((JAV)Trijų Mylių Saloje) ir Černobylio (SSSR) atominėse elektrinėse, sukėlusių didelę ir visoms gyvybės rūšims pavojų keliančią radioaktyvią taršą, požiūris į branduolinę energetiką ėmė radikaliai keistis. Dabar naujos atominės elektrinės yra statomos beveik vien besivystančiose Azijos šalyse, o turtingesnės šalys svarsto jų visiško atsisakymo galimybes.
Pastaraisiais metais vis daugiau domimasi transmutacija pavadintu procesu. Manoma, jog jis gali padėti išspręsti labai aktualią radioaktyvių branduolinių elektrinių atliekų problemą. Transmutacija paverčia ilgą radioaktyvaus skilimo trukmę turinčias atliekas greitai skylančiomis. Procese yra naudojamas protonų greitintuvas, todėl jo sukūrimas pareikalaus nemažiau laiko ir lėšų, nei savo laiko reikėjo pačiai branduolinei reakcijai atrasti.

Naudota literatūra:

I. Straipsnis: “Atominė energija”, iš ciklo: “Svarbiausi šimtmečio išradimai” (publikuotas internete);
II. Duomenys iš Ignalinos AE internetinio puslapio;
III. Pasaulinės Branduolinės Energijos Asociacijos informacija pateikta jų interneto svetainėje;
IV. Prof. habil. dr. Juozo Burneikio ir dr. Dalios Štrimikienės, dirbančių Lietuvos energetikos institute straipsnis: “Ekologija energetiko akimis” (publikuotas internete).

Leave a Comment