Atominė elektrinė - tai elektrinė, kuri elektros energiją gamina naudodama branduolinių reakcijų šilumą. Šios reakcijos vyksta reaktoriuje. Jėgainėje taip pat yra įrenginiai, kurie atima šilumą iš reaktoriaus, kad veiktų garo turbina ir generatorius, gaminantys elektros energiją. Atominėse elektrinėse gaminama elektra vadinama branduoline energija.

Branduolinės elektrinės paprastai stovi šalia vandens, kad būtų pašalinta reaktoriaus skleidžiama šiluma. Kai kuriose atominėse elektrinėse tam naudojami aušinimo bokštai. Branduolinėse elektrinėse kaip kuras naudojamas uranas. Kai reaktorius įjungtas, urano atomai reaktoriuje skyla į du mažesnius atomus. Kai urano atomai skyla, jie išskiria daug šilumos. Šis atomų skilimas vadinamas skilimu.

Populiariausi dalijimosi atomai yra uranas ir plutonis. Šie atomai yra šiek tiek radioaktyvūs. Atomai, kurie susidaro skylant kuro atomams, yra stipriai radioaktyvūs. Šiandien skilimas vyksta tik branduoliniuose reaktoriuose. Branduoliniuose reaktoriuose skilimas vyksta tik tada, kai reaktoriaus dalys yra tinkamai išdėstytos. Branduolinės elektrinės išjungia savo reaktorius, kai seną branduolinį kurą keičia nauju.

Pasaulyje yra apie keturis šimtus branduolinių elektrinių, daug jų - Jungtinėse Amerikos Valstijose, Prancūzijoje ir Japonijoje. Kai kurios garsios avarijos atominėse elektrinėse: 2011 m. Fukušimosbranduolinė katastrofa Japonijoje, 1986 m. Černobylio katastrofa Ukrainoje ir 1979 m. Trijų mylių salos avarija Jungtinėse Valstijose. Australijoje prieš branduolinę energetiką nukreiptas judėjimas prieš bet kokių branduolinių elektrinių statybą šalyje.

Kaip veikia atominė elektrinė

Trumpai: reaktoriuje vykstantis skilimas išskiria šilumą, ši šiluma užkaista vandenį arba kitą aušintuvą, susidaro garas, kuris suka turbinas, o tos turbinos suka generatorius, gaminant elektros energiją. Svarbiausios dalys yra reaktoriaus šerdis (kuro elementai), valdymo strypai, aušinimo sistema, turbinų ir generatorių blokas bei saugos kontūrai.

Kuro ir reaktorių tipai

  • Uranas – dažniausiai naudojamas kuras; paprastai tai urano izotopas U-235 (ar jo praturtintas mišinys).
  • Plutonis – gali būti naudotas arba susidaro kaip šalutinis produktas ilgo kuro ciklo metu.
  • Reaktorių tipai – populiariausi yra kelios konstrukcijos, pvz., spaudiminių vandens reaktoriai (PWR), verdančio vandens reaktoriai (BWR) ir didelio tūrio grafito reaktoriai (pvz., RBMK). Kiekvienas tipas turi savo konstrukcines ypatybes ir saugos sistemas.

Šilumos šalinimas ir aušinimas

Dauguma atominės elektrinės šilumos šalinimo sistemų naudoja vandenį kaip aušintuvą ir neutronų moderatorių. Vanduo įšyla reaktoriuje ir arba patenka tiesiai į turbinas (BWR), arba perduoda šilumą antram kontūrui (PWR). Šiluma gali būti išsklaidoma į upes, jūrą arba aušinimo bokštus. Aušinimas yra gyvybiškai svarbus – jei aušinimas nutrūksta, kyla perkaitimo ir kuro pažeidimo rizika.

Branduolinės atliekos ir jų tvarkymas

Po kurio laiko kuras praranda efektyvumą ir tampa šalutiniu – labai radioaktyviomis spent fuel (naudotu kuru) elementais. Atliekų tvarkymo būdai:

  • Laikinas saugojimas vandenyje reaktoriaus prieigos baseinuose, kol radioaktyvumas sumažėja.
  • Ilgalaikis saugojimas sausuose konteineriuose (dry casks) specialiose aikštelėse.
  • Kuro perdirbimas (reprocesavimas) – kai kuriose šalyse iš naudoto kuro išskiriami naudingi izotopai (taip pat plutonis), bet tai susiję su papildomomis technologinėmis ir saugumo problemomis.
  • Galutinis saugojimas – gilūs geologiniai saugyklos projektai, skirtos saugiai izoliuoti radioaktyvias medžiagas ilgą laiką.

Saugumo priemonės ir avarijų prevencija

Modernios elektrinės turi daug lygių saugos:

  • Valdymo strypai – leidžia greitai sulėtinti arba nutraukti grandininę reakciją įtraukiant neutronus sugėdančias medžiagas.
  • Kontūrų izoliacija – sandarios betoninės ir plieninės apsaugos konstrukcijos (containment), skirtos sulaikyti radioaktyvias medžiagas avarijos atveju.
  • Avarinės aušinimo sistemos – rezerviniai siurbliai, autonominės sistemos ir kartais pasyvūs mechanizmai, kurie veikia nemaitinami elektros energija.
  • Operatorių mokymai ir procedūros – griežti saugos protokolai, bandymai ir privalomi mokymai sumažina žmogiškųjų klaidų riziką.

Nors technologijos ir procedūros pagerėjo po istorinių avarijų, visiškai pašalinti riziką neįmanoma, todėl saugumas ir krizinis valdymas yra prioritetas.

Privalumai ir trūkumai

  • Privalumai: didelis energijos kiekis iš mažo kuro kiekio, mažos eksploatacijos metu išmetamų CO2 emisijos, stabilus energijos tiekimas nepriklausomai nuo oro sąlygų.
  • Trūkumai: didelės pradinės investicijos, ilgalaikės atliekų saugojimo problemos, galimybė rimtų avarijų ir platinamos radioaktyvios taršos, bei politinės ir visuomeninės prieštaros.

Avarijos ir jų pasekmės

Istorinės avarijos, tokios kaip Černobylio katastrofa ir Fukušimosbranduolinė katastrofa, parodė, kad avarijų pasekmės gali būti labai rimtos: gyventojų evakuacijos, ilgalaikis aplinkos užterštumas ir sveikatos problemos. Po tokių įvykių pasaulyje dažnai peržiūrimos saugos taisyklės, technologijos ir planavimo reikalavimai.

Apibendrinimas

Atominė elektrinė yra sudėtingas inžinerinis objektas, leidžiantis gaminti didelius elektros kiekius mažinant CO2 emisijas, tačiau kartu reikalaujantis itin griežtų saugos priemonių ir atsakingo branduolinių atliekų valdymo. Visoje pasaulyje vyksta diskusijos apie branduolinės energetikos vaidmenį energetikos tinkle – kai kuriose šalyse plečiama naujų reaktorių statyba, kitur nutarta palaipsniui uždaryti esamas jėgaines, o sprendimai dažnai priklauso nuo šalies energetinės politikos, saugumo vertinimų ir visuomenės nuomonės.