Перспективите пред ядрената енергия в съвременния свят
Оригиналът е на екипа на изданието ScienceAlert
Даниел Десподов преди 32 секунди 1 СподелиНай-четени
IT НовиниЕмил Василев - 14:30 | 31.07.2023Северна Корея показа „ най-мощното оръжие в света “ – нуклеарната безпилотна подводница „ Haeil “
КосмосЕмил Василев - 12:16 | 01.08.2023Ракетата Falcon 9 на SpaceX може да е пробила дупка в йоносферата
АвтомобилиИван Давидов - 7:02 | 01.08.2023ТОП 10 на най-безнадеждните Мерцедеси. Те просто са първенци по проблеми
Даниел Десподовhttps://www.kaldata.com/Новинар. Увличам се от модерни технологии, осведомителна сигурност, спорт, просвета и изкуствен интелект.Ядреното разделяне е разпадането на ядрото на атома, при което се образуват два (или повече) по-леки детайла. Въпреки че може да протича непринудено в изотопите на някои тежки детайли, като торий и уран, то нормално се задейства от попадане на неутрон с подобаваща сила в ядрото.
Внезапното „ препълване “ на ядрото прави съвкупността от протони и неутрони нестабилна и склонна към раздробяване, при което освен се получават по-малки ядра и други артикули на деленето, само че и се изхвърлят още свободни неутрони, като в това време се провокира гърмеж от високоенергийни фотони под формата на гама лъчи.
Енергията, която се освобождава при разпадането на нуклеарните частици, се употребява като източник на сила от средата на ХХ век. Въпреки че при производството на сила не се отделят същите нездравословни парникови газове като при изгарянето на изкопаемите горива, опасенията по отношение на риска от разтопяване, рисковите радиоактивни боклуци за дълготрайно предпазване и разноските за строителство значат, че нуклеарното бъдеще, за което мнозина са мечтали в предишното, може да се окаже непостижимо.
Използване на нуклеарното разделяне за приемане на атомна сила
Проведените през 30-те години на ХХ век опити с бомбардиране на атоми с нуклеарни частици доведоха до основаването на модели за разделяне, които даваха вяра, че от подобаващите изотопи на тежки детайли като урана може да се освободи доста количество сила.
Теорията предвижда, че вероятността уран-235 да претърпи разделяне е доста по-голяма, в сравнение с при другите изотопи, изключително в случай че неутроните, попадащи в ядрото му, се движат с релативно ниска скорост.
Освобождаването на спомагателни неутрони по време на процеса на разделяне може да накара другите ситуирани наоколо атоми на уран-235 също да стартират да се разпадат. За възникването на такава верижна реакция е нужна релативно висока компактност на атомите на уран-235, наречена „ сериозна маса “ на материала.
До края на 30-те години на предишния век физиците създават техники за закъснение на неутроните, позволяващи улавянето и обогатяването на смеси от уранови изотопи от естествените запаси, с цел да се образува сериозната маса на уран-235. Те също по този начин схванаха по какъв начин да управляват верижната реакция, тъй че експоненциалното генериране на неутрони да не излезе отвън надзор, при което процесът може да стане избухлив.
През идващото десетилетие софтуерните достижения в региона на нуклеарното разделяне бяха употребявани за основаването на нови класове свръхоръжия. Едва след Втората международна война инженерите още веднъж насочват вниманието си към опцията за потребление на нуклеарното разделяне за устойчиво произвеждане на топлота, подобаваща за произвеждане на електрическа енергия.
Точно както парата, получена при изгарянето на изкопаеми горива в казан, завърта турбина, обвързвана с електрически генератор, парата от „ нуклеарния казан “ също може да се употребява за произвеждане на електрическа енергия.
С течение на времето подобренията в технологиите са дали опция за повишение на успеваемостта и сигурността, като в някои случаи се отстрани забавянето на неутроните, с цел да може делящият се материал да улавя и по-бързите частици. Днес в света работят към 440 атомни електроцентрали, от които към 100 са ситуирани в Съединените щати. Всички тези атомни електроцентрали създават към 10% от електрическата енергия в света, което е със 7% по-малко спрямо 1993 година
В ера, когато производството на към 60% от международната електрическа енергия отделя парникови газове, които заплашват с пагубно световно стопляне, нуклеарната сила е относително чиста опция.
При все това налице са обилни разноски, които могат да лимитират опцията за потребление на нуклеарната сила, която да ни избави от климатичната рецесия.
Какъв е казусът с нуклеарната сила?
Когато става въпрос за намиране на рентабилни други възможности на изкопаемите горива с ниски излъчвания на парникови газове, има и по-лоши разновидности от нуклеарната сила. Важно е да се означи, че има и по-добри разновидности – модерни технологии за възобновима сила като слънчевата и вятърната, които всяка година стават все по-евтини.
Проблемите на нуклеарната енергетика се разделят на три категории – боклуци, риск и разноски. Ето някои образци за всяка от тях.
Отпадъците
Едно от най-големите терзания на обществеността по отношение на нуклеарната енергетика през последните десетилетия е какво да се прави с урановото гориво, откакто то се насити с разпадащи се артикули дотам, че към този момент не е дейно за произвеждане на сила.
Високоактивните боклуци съдържат изотопи, чиято радиоактивност може да намалее в продължение на хиляди години до равнище, почти равно на това на рудата, от която са получени. Понастоящем в света се съхраняват над четвърт милион тона високорадиоактивни боклуци, които чакат да бъдат заровени или модифицирани.
Лошо нещо ли е това? Въпреки че съхраняваните нуклеарни боклуци не съставляват непосредствена опасност, в случай че са добре изолирани, проблемите с дълготрайното стопанисване, както и опцията за погрешно боравене и повреди, вършат съхранението на бързо възходящите количества нуклеарни боклуци един прекомерно спорен и противоречив въпрос.
Въглеродните излъчвания също могат да се смятат за тип боклук. Въпреки че процесът на разделяне и превръщане на нуклеарната сила в електричество е релативно безвъглероден, общият въглероден бюджет, обвързван с добива и преработката на рудата, нужна за деленето, и построяването на дадена електроцентрала, не е нулев.
През целия си витален цикъл една нова нуклеарна електроцентрала може да отделя почти 4 g CO2 за всеки киловатчас създадена електрическа енергия. Някои оценки са доста по-високи, като в някои случаи варират от 10 до 130 грама CO2.
Така че замяната на въглищните електроцентрали с нуклеарни би икономисала няколко милиона тона CO2 в атмосферата всяка година, да не приказваме за праховите частици и други замърсители. По същите аргументи чистите възобновими енергийни източници, като вятърните турбини и слънчевите панели, също не са с нулеви излъчвания заради тяхното произвеждане и инсталиране и проблемите с тяхната утилизация. Въглеродният отпечатък на слънчевите и вятърните паркове е повече или по-малко съпоставим с долната граница на нуклеарната сила.
Като цяло нуклеарната сила (в най-хубавия случай) не отделя толкоз доста въглеродни излъчвания, колкото слънчевата и вятърната сила, макар че е обвързвана с неизвестен проблем с отпадъците, който малко хора желаят в съседство.
Рисковете
Изминаха над три десетилетия, откогато руска Украйна сподели на света по какъв начин може да наподобява най-лошият сюжет за нуклеарна повреда. Атомната електроцентрала в Чернобил, която се разтопи по време на може би механически тествания през 1986 година, се трансформира в радиоактивна развалина измежду токсичен от радиоактивни излъчвания пейзаж.
През 2011 година след мощно земетресение в Япония стана повреда в атомната електроцентрала „ Фукушима “.
Такива опустошителни събития са задоволително редки, с цел да се появят на първите страници на вестниците. А съгласно някои оценки такива повреди могат да зародят един път на всеки 10-20 години, като всеки един сходен случай има капацитета да популяризира радиоактивен материал на стотици и даже хиляди километри.
Колко рисково може да бъде това? Трудно е да се каже; това зависи от доста фактори, свързани с гъстотата на популацията, равнищата на облъчване и концентрацията на изотопите. Според Световната здравна организация „ изселеното в региона на Фукушима население страда от психосоциалните и психологичните последствия от преместването, от нарушаването на обществените връзки на хората, които са изгубили своите домове и работа, от разпадането на фамилните връзки и от стигматизацията„.
С други думи, би трябвало да се тормозим освен от риска от радиоактивно замърсяване.
И въпреки всичко, привикнали с последствията за здравето от изгарянето на изкопаемите горива, ние не се замисляме за последствията за здравето от праховите частици, които се отделят при изгарянето на да вземем за пример на въглищата. Друг въпрос е, че и самите въглища не са изцяло лишени от радиоактивни субстанции.
Цената
За да сравнят разноските за произвеждане на електрическа енергия, учените употребяват така наречен нормализирана цена на силата или LCOE [levelised cost of energy]. Това е мярка за междинните разноски за произвеждане на електрическа енергия през целия живот на оборудването.
Тази стойност зависи от доста фактори, свързани с местоположението и измененията в предлагането на ресурсите. Въпреки това е допустимо да се получи обща визия за LCOE в света, с цел да се сравнят технологиите.
Според Доклада за положението на нуклеарната енергетика в света през 2020 година LCOE за нуклеарната сила се е нараснал с 26% през десетилетието от 2009 година до 2019 година и е достигнал 155 $ за мегаватчас. В същото време LCOE на въглищната сила е намаляла с 2% до 109 $.
За разлика от тях фотоволтаичната сила е спаднала с съвсем 90% до едвам 41 $.
Могат ли атомните електроцентрали да спасят света?
Разбира се, новите технологии постоянно могат да трансформират обстановката. Намирането на по-добри способи за утилизирането на нуклеарните боклуци може да ги направи по-безопасни или най-малко да даде на обществеността убеденост, че в бъдеще те ще съставляват по-малка опасност. Алтернативите на урановите изотопи биха могли да понижат опасенията по отношение на разтопяването на реакторите и опцията за основаване на оръжия в нуклеарните стратегии. Промяната на технологиите може да повлияе на мащаба на реакторите и даже да усили напълно тяхната LCOE.
Но евентуално към този момент е прекомерно късно за това.
Анализите на разпространяването на нуклеарната сила и силата от възобновими източници в над 100 страни през последните 25 години демонстрират, че нуклеарната сила не е съумяла да реализира същите резултати в намаляването на въглеродните излъчвания като силата от възобновими източници.
Освен това вложенията в нуклеарната енергетика съставляват невъзвръщаеми разноски, които затрудняват прекосяването към възобновими енергийни източници на по-късен стадий.
Всичко това не значи, че нуклеарната енергетика няма място в бъдещото произвеждане на сила. Така да вземем за пример галактическите проучвания биха могли да се възползват от развиването на технологията за нуклеарно разделяне. В допълнение към производството на сила, производството на специфични изотопи за медицината и научните проучвания посредством нуклеарно разделяне е една скъпа промишленост.
Тя може и да не ни избави от климатичната рецесия, само че нуклеарната ера предлага други софтуерни преимущества, които ще останат с нас за дълго време.
В мненията към тази публикация се обръща внимание на напълно новите нуклеарни реактори със затворен горивен цикъл, в които се употребяват бързи неутрони. Засега има единствено работещи прототипи на по този начин наречените ториеви реактори, въглеродната диря на които е доста по-малка от стандартните.
