באמצע המאה העשרים, מיטב המוחות של האנושות עבדו קשה על שתי משימות בו-זמנית: על יצירת פצצת אטום, וגם על איך להשתמש באנרגיה של האטום למטרות שלום. כך הופיעו תחנות הכוח הגרעיניות הראשונות בעולם. מהו עקרון הפעולה של תחנת כוח גרעינית? והיכן בעולם ממוקמות הגדולות מבין תחנות הכוח הללו?
היסטוריה ומאפיינים של כוח גרעיני
"אנרגיה היא הראש של הכל" - כך ניתן לפרפראזה על פתגם ידוע, בהתחשב במציאות האובייקטיבית של המאה ה-21. עם כל סבב חדש של התקדמות טכנולוגית, האנושות זקוקה לכמות הולכת וגדלה ממנה. כיום, האנרגיה של "האטום השלו" משמשת באופן פעיל בכלכלה ובייצור, ולא רק במגזר האנרגיה.
חשמל שנוצר על ידי מה שנקרא תחנות כוח גרעיניות (שפועלות על עיקרון פשוט מאוד) נמצא בשימוש נרחב בתעשייה, בחקר החלל, ברפואה ובחקלאות.
אנרגיה גרעינית היא ענף של תעשייה כבדה המפיקה חום וחשמל מהאנרגיה הקינטית של האטום.
מתי הם הופיעותחנות הכוח הגרעיניות הראשונות? מדענים סובייטים חקרו את עקרון הפעולה של תחנות כוח כאלה עוד בשנות ה-40. אגב, במקביל המציאו גם את פצצת האטום הראשונה. לפיכך, האטום היה גם "שלו" וגם קטלני.
בשנת 1948, I. V. Kurchatov הציע לממשלה הסובייטית להתחיל לבצע עבודה ישירה על הפקת אנרגיה אטומית. שנתיים לאחר מכן, בברית המועצות (בעיר אובנינסק, אזור קלוגה), החלה בניית תחנת הכוח הגרעינית הראשונה על פני כדור הארץ.
עקרון הפעולה של כל תחנות הכוח הגרעיניות דומה, וכלל לא קשה להבין אותו. זה יידון בהמשך.
NPP: עקרון הפעולה (תמונה ותיאור)
העבודה של כל תחנת כוח גרעינית מבוססת על תגובה עוצמתית המתרחשת במהלך הביקוע של גרעין האטום. אטומי אורניום-235 או פלוטוניום מעורבים לרוב בתהליך זה. גרעין האטומים מחלק את הנייטרון שנכנס אליהם מבחוץ. במקרה זה נוצרים נויטרונים חדשים, כמו גם שברי ביקוע, בעלי אנרגיה קינטית עצומה. רק האנרגיה הזו היא התוצר העיקרי והמפתח של כל תחנת כוח גרעינית
כך ניתן לתאר את עקרון הפעולה של כור בתחנת כוח גרעינית. בתמונה הבאה תוכלו לראות איך הוא נראה מבפנים.
ישנם שלושה סוגים עיקריים של כורים גרעיניים:
- כור ערוץ הספק גבוה (בקיצור RBMK);
- כור מים בלחץ (VVER);
- כור נויטרונים מהיר (FN).
בנפרד, כדאי לתאר את עקרון הפעולה של תחנות כוח גרעיניות בכללותו. איך זה עובד נדון.במאמר הבא.
עקרון הפעולה של NPP (דיאגרמה)
תחנת כוח גרעינית פועלת בתנאים מסוימים ובמצבים מוגדרים בהחלט. בנוסף לכור גרעיני (אחד או יותר), המבנה של תחנת כוח גרעינית כולל מערכות נוספות, מתקנים מיוחדים וכוח אדם בעל כישורים גבוהים. מהו עקרון הפעולה של תחנות כוח גרעיניות? ניתן לתאר אותו בקצרה כדלקמן.
המרכיב העיקרי של כל תחנת כוח גרעינית הוא כור גרעיני, שבו מתרחשים כל התהליכים העיקריים. על מה שקורה בכור כתבנו בסעיף הקודם. דלק גרעיני (בדרך כלל לרוב אורניום) בצורה של כדורים שחורים קטנים מוזנים לתוך הקדירה הענקית הזו.
האנרגיה המשתחררת במהלך התגובות המתרחשות בכור גרעיני מומרת לחום ומועברת לנוזל הקירור (בדרך כלל מים). יש לציין שבמהלך תהליך זה נוזל הקירור מקבל גם מינון מסוים של קרינה.
יתרה מכך, החום מנוזל הקירור מועבר למים רגילים (באמצעות מכשירים מיוחדים - מחליפי חום), אשר רותחים כתוצאה מכך. אדי המים המתקבלים מניעים את הטורבינה. אל האחרון מחובר גנרטור, שמייצר אנרגיה חשמלית.
לפיכך, לפי עקרון הפעולה של תחנת כוח גרעינית, מדובר באותה תחנת כוח תרמית. ההבדל היחיד הוא איך הקיטור מיוצר.
גיאוגרפיה של כוח גרעיני
חמש המדינות המובילות בייצור אנרגיה גרעינית הן כדלקמן:
- USA.
- צרפת.
- יפן.
- רוסיה.
- דרום קוריאה.
במקביל, ארצות הברית של אמריקה, מייצרת כ-864 מיליארד קילו-וואט בשנה, מייצרת עד 20% מהחשמל בעולם.
בסך הכל, 31 מדינות בעולם מפעילות תחנות כוח גרעיניות. מכל היבשות של כדור הארץ, רק שתיים (אנטארקטיקה ואוסטרליה) נקיות לחלוטין מאנרגיה גרעינית.
היום פועלים בעולם 388 כורים גרעיניים. נכון, 45 מהם לא ייצרו חשמל כבר שנה וחצי. רוב הכורים הגרעיניים ממוקמים ביפן ובארצות הברית. הגיאוגרפיה המלאה שלהם מוצגת במפה הבאה. מדינות בהן פועלים כורים גרעיניים מסומנות בירוק, המספר הכולל שלהן במצב מסוים מצוין גם כן.
פיתוח כוח גרעיני במדינות שונות
באופן כללי, החל משנת 2014, חלה ירידה כללית בפיתוח הכוח הגרעיני. המובילות בבניית כורים גרעיניים חדשים הן שלוש מדינות: רוסיה, הודו וסין. בנוסף, מספר מדינות שאין להן תחנות כוח גרעיניות מתכננות להקים אותן בעתיד הקרוב. אלה כוללים את קזחסטן, מונגוליה, אינדונזיה, ערב הסעודית ומספר מדינות בצפון אפריקה.
מצד שני, מספר מדינות החלו בצמצום הדרגתי במספר תחנות הכוח הגרעיניות. אלה כוללים את גרמניה, בלגיה ושוויץ. ובמדינות מסוימות (איטליה, אוסטריה, דנמרק, אורוגוואי) אנרגיה גרעינית אסורה ברמת החקיקה.
בעיות עיקריות של כוח גרעיני
יש בעיה סביבתית משמעותית אחת הקשורה לפיתוח אנרגיה גרעינית. זהו מה שנקרא זיהום תרמי של הסביבה. לפיכך, לדעת מומחים רבים, תחנות כוח גרעיניות פולטות יותר חום מתחנות כוח תרמיות בעלות אותה יכולת. מסוכן במיוחד הוא זיהום מים תרמי, המשבש את תנאי החיים הטבעיים של אורגניזמים ביולוגיים ומוביל למותם של מינים רבים של דגים.
נושא בוער נוסף הקשור לכוח גרעיני נוגע לבטיחות גרעינית באופן כללי. בפעם הראשונה, האנושות חשבה ברצינות על בעיה זו לאחר אסון צ'רנוביל ב-1986. עקרון הפעולה של תחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל לא היה שונה בהרבה מזה של תחנות כוח גרעיניות אחרות. עם זאת, זה לא הציל אותה מתאונה גדולה וקשה, שגררה השלכות חמורות ביותר על כל מזרח אירופה.
יתר על כן, הסכנה של אנרגיה גרעינית אינה מוגבלת לתאונות אפשריות מעשה ידי אדם. לכן, נוצרות בעיות גדולות בסילוק פסולת גרעינית.
היתרונות של כוח גרעיני
עם זאת, התומכים בפיתוח אנרגיה גרעינית מציינים גם את היתרונות הברורים של תחנות כוח גרעיניות. כך, במיוחד, התאחדות הגרעין העולמית פרסמה לאחרונה את הדו ח שלה עם נתונים מעניינים מאוד. לדבריו, מספר הנפגעים בבני אדם הנלווים לייצור של ג'יגה וואט אחד של חשמל בתחנות כוח גרעיניות קטן פי 43 מאשר בתחנות כוח תרמיות מסורתיות.
ישנן יתרונות נוספים חשובים לא פחות. כלומר:
- ייצור חשמל זול;
- ניקיון סביבתי של אנרגיה גרעינית (למעט זיהום מים תרמי);
- חוסר התייחסות גיאוגרפית קפדנית של תחנות כוח גרעיניות למקורות דלק גדולים.
במקום מסקנה
בשנת 1950 נבנתה תחנת הכוח הגרעינית הראשונה בעולם. עקרון הפעולה של תחנות כוח גרעיניות הוא ביקוע של אטום בעזרת נויטרון. תהליך זה משחרר כמות עצומה של אנרגיה.
נראה שאנרגיה גרעינית היא ברכה יוצאת דופן עבור האנושות. עם זאת, ההיסטוריה הוכיחה אחרת. בפרט, שתי טרגדיות גדולות - התאונה בתחנת הכוח הגרעינית הסובייטית בצ'רנוביל ב-1986 והתאונה בתחנת הכוח היפנית Fukushima-1 ב-2011 - הדגימו את הסכנה הנשקפת מהאטום ה"שלו". ומדינות רבות בעולם החלו היום לחשוב על דחייה חלקית או אפילו מוחלטת של אנרגיה גרעינית.
