Cum funcționează centralele nucleare?

Ce este o centrală nucleară?

Centralele nucleare utilizează uraniu pentru a produce energie electrică. Impreuna cu hidrocentralele, sunt cele mai puternice surse de energie electrică disponibile. Puterea lor vine din faptul că atomii de uraniu se descompun în timp ce sunt supuși la radiații, eliberând energie. Centralele nucleare folosesc această energie pentru a încălzi apa, care transformă apoi aburul în mișcare. Acest abur este folosit pentru a mișca turbinele care rulează generatoarele producătoare de energie electrică.

Cum funcționează o centrală nucleară?

În secolul XXI, centrala nucleară este o sursă de electricitate care a început să fie din ce în ce mai populară. Acestea sunt construite pentru a produce energie prin fuziune nucleară, un proces în care nucleul unui atom este spart în două sau mai multe particule. Această energie este eliberată sub forma de căldură și apoi transformată în electricitate.

Există trei tipuri principale de centrale nucleare:

1. Reactoarele cu apă rece sunt cele mai comune tipuri de reactoare nucleare utilizate astăzi.
   

   Acestea folosesc o rază de acțiune serioasă pentru a încetini și a controla fluxul de neutroni eliberați în timpul fuziunii. Astfel, acestea permit un nivel constant de reacție nucleară și produce o cantitate steady-state (rată constantă) de căldură, care poate fi folosită pentru a produce energie electrică. Reactoarele cu apă rece sunt reactoare nucleare de tip RBMK (reactor în buclă de apă presurizată), care utilizează apă ușoară ca moderator și refrigerant în procesul de generare a energiei nucleare. Aceste reactoare sunt construite pentru a fi capabile să funcționeze cu combustibil nuclear puternic îmbogățit, dar au fost criticate pentru designul lor vulnerabil la accidente și pentru sistemul de siguranță necorespunzător.

   Reactoarele cu apă rece sunt numite astfel deoarece apa care se află în contact direct cu combustibilul nuclear și care transferă căldura generată în timpul reacției nucleare, rămâne la temperaturi relativ scăzute (în comparație cu alte tipuri de reactoare nucleare), astfel încât sistemul de răcire se numește "apă rece". Aceasta este o caracteristică importantă a acestor reactoare și poate contribui la o eficiență mai mică decât alte tipuri de reactoare nucleare.

   Deși reactoarele cu apă rece au fost utilizate cu succes în unele țări, inclusiv în Uniunea Sovietică, acestea sunt considerate în prezent mai puțin sigure decât alte tipuri de reactoare nucleare și au fost implicate în două dintre cele mai grave accidente nucleare din istorie: accidentul de la Cernobîl din 1986 și accidentul de la Fukushima din 2011. În prezent, majoritatea reactoarelor nucleare în funcțiune sunt de tip PWR (reactor în buclă de apă presurizată), care utilizează apă ușoară și sunt considerate mai sigure decât reactoarele cu apă rece. 

2. Reactoarele cu gaze lichide folosesc acest dispozitiv diferit din punct de vedere tehnic. În loc să folosească apa ca dispozitiv de rază de acțiune, se folosesc gaze densificate criogenice, cum ar fi azotul și hidrogenul. Aceste gonflabile joacă un rol similar celei de mai sus în disiparea fluxului de neutroni și asigurarea unei rate constante a reacției nucleare.
   
3. Reactorele cu plasmă nu au fost testate încă în mod oficial la scară comercială. Ele utilizează o compoziție amestecată de gazuri care se găsesc în plasmă (un tip special de materie). Pentru a controla această reacție nucleară delicată există un complex magnetic exterior supranumit "cortina magnetică". Acest lucru poate fi utilizat pentru a influența fluxul de neutroni și astfel poate produce energie electrică. Aceste reacții implică un proces în care nucleele atomilor se unesc pentru a forma un nucleu mai mare, eliberând o cantitate mare de energie în proces. Pentru a controla plasmele, reactorii cu plasmă folosesc câmpuri magnetice puternice care mențin plasmele la temperaturi extrem de ridicate și le împiedică să atingă pereții reactorului.

   Deși reactorele cu plasmă prezintă un potențial enorm pentru producerea de energie curată și durabilă, construirea și utilizarea lor rămân un subiect de cercetare și dezvoltare intensă în domeniul energiei nucleare. Mai multe proiecte majore sunt în desfășurare la nivel global pentru a dezvolta această tehnologie, inclusiv ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) în Franța și EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) în China.

Componentele unei centrale nucleare

Centralele nucleare au următoarele componente principale:

• Reactorul nuclear, care conține combustibilul nuclear și produce căldura necesară pentru a produce energie electrică. Reactorul este înconjurat de un container de oţel care are rolul de a împiedica răspândirea particulelor radioactive.
• Sistemul de convecție din reactorul unei centrale nucleare este esențial pentru menținerea temperaturii controlate a reactorului și prevenirea supraîncălzirii sau a creșterii necontrolate a temperaturii.  Acest sistem funcționează prin circularea unui fluid de răcire (de exemplu, apă sau heliu) prin intermediul unei rețele de conducte și schimbătoare de căldură.
• Fluidul de răcire captează căldura generată de combustibilul nuclear și o transferă apoi către un sistem secundar, care poate fi utilizat pentru a produce energie electrică sau alte scopuri. Pentru a menține eficiența sistemului de convecție, este important ca fluidul de răcire să fie păstrat la o temperatură constantă și să fie protejat împotriva coroziunii și a altor forme de deteriorare. De aceea, sistemul este supravegheat cu atenție și întreținut periodic de către personal specializat în centralele nucleare.
• Sistemele electrice şi electronice care controlează centrala şi toate funcţiile acesteia.
• Sistemele de răcire, care sunt destinate să absoarbă căldura excesivă produsă de reactorul atomic. Acestea pot fi sisteme de apă sau gaz.
• Un sistem de control al radiaţiei este folosit pentru monitorizarea nivelelor de radiaţii din interiorul şi în jurul centralelor nucleare.
• Un spatiu special securizat poate fi folosit pentru stocarea şi transportul combustibilului nuclear.

Beneficiile unui reactor nuclear

Centralele nucleare sunt una dintre cele mai eficiente modalități de a produce energie electrică. Cu toate acestea, ele au și unele dezavantaje. Majoritatea oamenilor se tem de centrala nucleară din cauza pericolului radioactivității. Totuși, centralele nucleare sunt construite în așa fel încât să fie extrem de sigure. Aceste reactore nucleare au multe avantaje care trebuie luate în considerare atunci când se evaluează eficiența unei astfel de investiții. Un reactor nuclear poate produce o cantitate enormă de energie folosind o cantitate foarte mică de combustibil. De exemplu, o cantitate de 0.5 kg de uraniu este suficientă pentru a alimenta o centrală electrică timp de aproximativ două luni și jumătate.

Pe lângă aceasta, uraniul este relativ ieftin și ușor de procurat, ceea ce crește eficiența energetică a unui reactor nuclear. O altă caracteristică a reactorului nuclear este lipsa de emisii de gaze cu efect de seră care sunt dăunătoare pentru mediul înconjurător. Această caracteristică face ca aceste centrale să fie foarte recomandate pentru producția energiei electrice, mai ales în regiuni unde scopul principal este limitarea emisiilor poluante.

De asemenea, un reactor nuclear nu produce gunoi sau alte substanțe reziduale periculoase, precum combustibilii fosili. Acesta folosește uraniu sub forma unei pudre fine și astfel nu se produc substanțe nocive. Desigur, o cantitate mică de deseuri radioactive rămâne până când se poate elimina într-un mod sigur și bine controlat.

Riscurile asociate cu centralele nucleare

Există trei riscuri principale asociate cu funcționarea unei centrale nucleare: riscul de încălzire nucleară, riscul de scurgere a materialelor radioactive și riscul de explozie nucleară. Toate aceste riscuri pot provoca daune serioase populației și mediului înconjurător.

Riscul de încălzire nucleară se referă la posibilitatea ca reacția nucleară să nu poată fi controlată, ceea ce ar putea duce la deteriorarea serioasă a reactorului nuclear.

Riscul de scurgere a materialelor radioactive se referă la posibilitatea ca elementele radioactive din reacția nuclearǎ sǎ fie eliberate în mediul înconjurǎtor, putând afecta sǎnǎtatea oamenilor și a animalelor.

Riscul de explozie nuclearǎ se referǎ la posibilitatea ca un reactor nuclear sǎ explodeze, ceea ce ar putea elibera o cantitate mare de energie radioactivǎ în mediul înconjurǎtor. Toate aceste riscuri sunt destul de grave și pot avea consecințe negative pe termen lung atât pentru oameni, cât și pentru mediu.

Alternativa la energia nucleara

Energia nucleara este o sursa de energie care poate fi folositǎ pentru a genera cǎldurǎ si electricitate. Dar, în ultimii ani, au existat multe dezbateri asupra faptului dacă această formă de energie este sau nu sigură. În 2011, un accident major la centrala nucleară Fukushima Daiichi din Japonia a dus la eliberarea de materiale radioactive în mediu. Acest eveniment a stârnit îngrijorări cu privire la siguranța centralelor nucleare din întreaga lume. Alternativele la energia nucleară includ surse regenerabile, cum ar fi energia solară și eoliană. Aceste forme de energie sunt considerate a fi mult mai sigure decât energia nucleară. Energia solară și eoliană sunt, de asemenea, mai durabile decât energia nucleară, deoarece nu produc deșeuri care pot fi periculoase pentru sănătatea umană și pentru mediu.

Concluzie

Concluzia este că un reactor nuclear funcționează prin încălzirea apei la temperaturi extrem de înalte, astfel încât apa se transformă în abur. Aburul este folosit pentru a acționa turbinele care produc energie electrică. Reactorul este un mecanism relativ complex, care se bazează adesea pe inginerie şi tehnologii avansate.

Această tehnologie prezintă numeroase avantaje, inclusiv producția de energie electrică curată și ieftină, în comparație cu alte surse ale energiei electronice. Totuşi, există și riscuri asociate cu reactorul nuclear, cum ar fi emisiile radioactive și deşeurile radioactive periculoase create în urma proceselor. De aceea, astfel de reactoare trebuiesc operate cu meticulozitate și strict supravegheate pentru a se evita orice accident sau incident nedorit.