Ядрените технологии се развиват стремглаво от средата на миналия век. Днес те се използват в контрола на разпространението на различни болести, прилагат се в диагностиката и лечението на голям брой заболявания, служат за захранване на мисии за изследване на космоса. Благодарение на множеството си употреби, този тип технологии се разглеждат като основен компонент в сферата на устойчивото развитие. Все пак едно от най – мащабните приложения на ядрената енергия си остава производството на нисковъглеродна електрическа енергия.

Днес около 10% от енергийните нужди на света се обезпечават от атомни електроцентрали. Тенденцията е това число да се увеличава. Въпреки многопрофилното си приложение, обаче, ядрената енергия все още среща противоречиви мнения. Горчивият опит от инцидентите в Чернобил и Фукушима неминуемо кара хората да се замислят дали ядрените реактори крият повече заплахи, отколкото ползи. В следващите редове ще разгледаме по – подробно механизма на работа на атомните централи и ще обсъдим опасността и последствията от евентуално радиационно облъчване.

Кратка история на атомната енергия

Изучаването на атомната енергия, ядреното делене и атомната радиация се развива в годините от 1895 до 1945. През последните години от този период ядрената енергия се използва за военни цели, което обуславя „раждането“ на атомната бомба. След катастрофалните последствия от Втората Световна Война учените обръщат своя поглед към алтернативните приложения на атомната енергия и се фокусират върху разработването на надеждни атомни електроцентрали (АЕЦ). Така на 27 юни 1954 г. в Съветския съюз започва работа първата комерсиална ядрена централа за производство на електрическа енергия. В годините след това десетки страни строят свои централи и атомната енергия се превръща в основен енергиен източник. Днес в света:

  • 32 страни разполагат с общо 441 ядрени реактора, свързани към електрическата мрежа
  • Атомните централи произвеждат 1/10 от електроенергията в света
  • Още 52 ядрени реактора са в процес на строеж към май 2021г.
  • САЩ е най – големият производител на атомна електроенергия в света
  • Ядрената енергия е вторият най – голям източник на нисковъглеродна енергия в световен мащаб, след хидроенергията
  • Над 50 страни използват атомната енергия за научни цели в приблизително 220 изследователски реактора. В допълнение към научната дейност, в тези реактори се произвеждат изотопи за медицински и промишлени цели и се обучават специалисти.

Същност на ядрената енергия

Ядрената енергия е енергия, която се съдържа в ядрото на атома, съставено от протони и неутрони. Това е силата, която държи атома в една неразривна част. За да бъде освободена тази енергия атомът трябва да бъде разделен на по – малки частици. Този процес се нарича атомно делене. Друг начин за получаване на атомна енергия е сливането на ядрата на два атома. Към момента атомното сливане е в процес на проучване и развитие. Производството на електроенергия в АЕЦ се извършва посредством атомно делене.

Атомно делене и производство на атомна енергия

Атомното делене е реакция, при която ядрото на даден атом се разделя на две или повече по – малко ядра. В хода на този процес се отделя енергия, която се използва за производство на електричество. Всичко това протича в няколко стъпки в обезопасена среда под надзора на специалисти.

Задействане на реакцията

За да се осъществи атомното делене ядрото на атома се удря от неутрон. В момента на делене на ядрото от него се образуват други елементи и едновременно с това се отделят по няколко неутрона. Тези неутрони притежават достатъчен заряд, за да ударят атоми, намиращи се около тях и да задействат същата реакция, генерирайки още неутрони. Само няколко части от секундата са необходими, за да се превърне това във верижна реакция. При непрекъснатото протичане на този процес се отделя огромно количество топлина. Именно тази топлина се използва за производство на електроенергия.

Загряване на вода

В реактора преминава студена вода, която се нагрява от отделената по време на верижната реакция топлина. Водата достига температура от около 300°C, но трябва да остане в течна форма, за да може електроцентралата да работи. Специален херметизатор прилага 155 пъти атмосферното налягане върху горещата вода и по този начин предотвратява кипенето и изпаряването.

Създаване на пара

Горещата вода под налягане се изпомпва до парогенератор, преминавайки през хиляди тръби, заобиколени от вода с много по – ниско налягане. Така високата температура на тръбите нагрява водата от външната страна и я превръща в пара.

Генериране на електроенергия

Парата задейства турбини, които превръщат топлинната енергия в механична. Специален вал свързва турбините с генератор, който преобразува механичната енергия в електрическа с помощта на електромагнитно поле. Генерираната електроенергия се трансформира, за да отговаря на стандартите за ел. напрежение и преминава в електрическата мрежа.

Радиацията в атомните електроцентрали

Горивото, което се използва за генериране на атомна енергия в ядрените централи е обогатен уран. Уранът е радиоактивен елемент, който се намира в изобилие в природата и произвежда голямо количество топлина при разпадането си. Специфичното при него е, че се среща в различни форми. Уран – 238 съставлява основното количество от веществото, но не може да произведе верижна реакция на делене. Уран – 235 може да произведе такава реакция, но съставлява едва 1% от общото количество уран в света. За да се подобрят свойствата на естествения уран, той преминава през процес на обогатяване. След това може да се използва като ефективно ядрено гориво в електроцентралите. Периода на ползва на обогатения уран е между 3 и 5 години. След този период елемента е все още радиоактивен.

Видове радиация в атомните електроцентрали

В атомните електроцентрали се генерират 4 вида йонизираща радиация – алфа, бета, гама и неутрон.

Алфа радиацията се състои от протон и неутрон. Тя не може да премине кожната бариера и представлява здравна заплаха при поглъщане или вдишване. При навлизане на голямо количество алфа радиация в организма, това може да доведе до влошаване на здравословното състояние и дори смърт. Лесно се разнася от вятъра и радиоактивните частици могат да се разпространят далеч от източника на радиация.

Бета радиацията се състои от високоенергийни електрони, които могат да проникват по – дълбоко в тялото. Този тип радиация не може да проникне през алуминиево фолио и предпазни дървени слоеве. При попадане върху кожата може да причини изгаряне. Може да бъде погълната или вдишана. Радиоактивните частици се пренасят лесно с въздушните течения. Бета радиация от Фукушима е била отчетена в Калифорния и Масачузетс, САЩ.

Гама радиацията е най – високорисковата радиация от здравна гледна точка. Състои се от високоенергийни фотони, които мога да проникват през тъканите и да причиняват клетъчни и генетични увреждания. Този тип радиация не преминава през олово и бетон.

Радиоактивни отпадъци

В хода на работа на работа на атомните електроцентрали се произвеждат отпадъци с различна степен на радиоактивност. Те се съхраняват и изхвърлят по различен начин, в зависимост от радиоактивността си.

Отпадъци с ниска радиоактивност включват различни неща, използвани в електроцентралата, които могат да бъдат замърсени с радиация. Такива могат да са работно облекло, обувки, парцали, мопове, филтри, инструменти и др. Те се съхраняват за известен период от време в електроцентралата, на места, обособени за нискоактивни отпадъци. След като вече не са радиоактивни се изхвърлят в обикновения боклук.

Отпадъци с високо ниво на радиоактивност, в това число реакторно гориво, се съхраняват в специални обезопасени басейни или контейнери в самата електроцентрала.

Ядрени инциденти

АЕЦ Чернобил

На 26 април 1986г. в АЕЦ Чернобил се случва най – тежката ядрена катастрофа в света. В хода на работния процес се случва внезапен скок на мощностите по време на тест за състоянието на системите за захранване и охлаждане на блок 4 на централата. Смята се, че по времена теста процедурата за безопасност не е била спазена, поради което реактора избухва и бива напълно разрушен. След първичното разпръскване на радиация следва поредица от пожари, които допълнително влошават радиационната обстановка и допринасят за по – обширното радиационно замърсяване.

Веднага след инцидента района се отцепва, а жителите се евакуират. Около разрушения реактор се стори бетонна конструкция с цел предотвратяване на по – нататъшно разпространение на радиационното замърсяване. През 2019г. завършва изграждането на по – солидна структура за обезопасяване.

АЕЦ Фукушима Дайчи

На 11 март 2011г. земетресение и цунами разтърсват Източна Япония, поразявайки АЕЦ Фукушима Дайчи. Атомната авария настъпва в следствие на поредица от събития. Първо земетресението прекъсва външното захранване на реакторите, след което цунамито деактивира резервните генератори. Това блокира охладителните системи и горивото в активните части на реактора прегрява. В резултат се произвеждат водородни експлозии и радиационно замърсяване в голям периметър около електроцентралата. След инцидента почти половин милион жители се евакуират и района се обезселява.

Информация за здравния ефект от йонизиращата радиация можете да намерите тук.

Изводи

ЕМР, излъчвана от атомните електроцентрали е значително по – ниска от тази, излъчвана от изкопаеми горива. Освен това нивото на сигурност в ядрените реактори е изключително високо поради спецификата на работата. Всъщност, извън инцидентите във Фукушима и Чернобил, атомните електроцентрали се смятат за безопасни обекти. Въпреки това държавите, които разполагат с ядрени реактори спазват международни правила за сигурност. Контролът се съблюдава от специалисти, а електроцентралите трябва да бъдат изведени от употреба или реновирани според актуалните стандарти за безопасност след установения експлоатационен период от 30 години.

Повече за различните видове ЕМР можете да научите в нашия сайт. Там ще намерите обширна информация за вредата от електромагнитното облъчване и специализирани насоки за защита и предпазване.

Източници

World-nuclear.org. 2022. Nuclear Power Today | Nuclear Energy – World Nuclear Association. [online] Available at: https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today.aspx

World-nuclear.org. 2022. Radiation | Nuclear Radiation | Ionizing Radiation | Health Effects – World Nuclear Association. [online] Available at: <https://world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/radiation-and-health/nuclear-radiation-and-health-effects.aspx>

Burgio, E. et al. (2018). Ionizing radiation and human health: Reviewing models of exposure and mechanisms of cellular damage. An epigenetic perspective.

Stege, T., Bolte, J., Claassen, L. and Timmermans, D., 2020. Electromagnetic field exposure in power plants: a qualitative assessment of work safety perceptions among employees. Journal of Risk Research, 23(12), pp.1650-1660.