Ta stran uporablja piškotke (za prikaz videoposnetkov, zemljevidov in enostavno deljenje vsebine z drugimi).
Z nadaljevanjem ogleda te strani se strinjate z njihovo uporabo.
Z uporabo piškotkov se strinjam / želim več informacij / ne strinjam

 
logo logo JavnostPartnerjiMediji

Username: Password:

Jedrska energija

Posnetek predavanja: Jedrska energija: pogrešljiv globalni vir električne energije? (prof. dr. Leon Cizelj)

Ali si lahko predstavljate življenje v današnji informacijski, mobilni in storitveno naravnani družbi po nekaj urah ali dneh brez električne energije? Prav mogoče je, da bi se po nekaj dneh ali tednih zgodilo nekaj takega, kar bi naši potomci v zgodovinskih učbenikih opisovali kot propad civilizacije.

Električna energija je za uspešno nadaljevanje naše civilizacije pomembna vsaj toliko kot trajnostno ravnanje z okoljem. Elektrika iz jedrske energije danes pomeni 15% vse elektrike, ki jo porabimo na planetu. V državah Evropske skupnosti je njen prispevek dvakrat večji in znaša 30%. Na slovenskih tleh pa jedrska elektrika pokrije kar 40% porabe. Ta delež Slovenijo, med 30 jedrskimi državami v svetu, po podatkih IAEA uvršča na visoko 8. mesto.

Naravni jedrski reaktor

Naravni reaktor
Naravni reaktor (vir: Wikipedia CC BY-SA 3.0)

Preden se nekoliko bolj posvetimo jedrski energiji, se podajmo na izlet. Naš cilj je pokrajina Oklo v Gabonu pred približno 2 milijardama let. Delež cepljivega izotopa urana U-235 je takrat predstavljal približno 3,5% vseh izotopov urana(veliko večino predstavlja U-238). Voda v jezeru nad nahajališčem uranove rude je počasi pronicala med uran. Na ta način je na območju današnjega rudnika urana nastalo približno 15 naravnih reaktorjev, ki so s povprečno toplotno močjo nekaj 100 kW delovali več stotisoč let ter nato sami od sebe ugasnili.

Kot zanimivost povejmo, da za naravne reaktorje v Oklu vemo šele od leta 1972. Francoski kolegi so takrat pri rutinskem nadzoru količin jedrskih materialov odkrili na prvi pogled nepomembno razliko v deležu U-235. V rudi iz Okla ga je bilo le 0,717% namesto pričakovanih 0,72%. Zadevo so seveda raziskali ter potrdili »primanjkljaj« U-235 ter prisotnost značilnih dolgoživih potomcev jedrske verižne reakcije. To je bil dokaz za obstoj in delovanje naravnega reaktorja. Povejmo še to, da se je delež U-235 v uranu v zadnjih dveh milijardah let zmanjšal z 3,5% na 0,72% zaradi spontanega razpadanja z razpolovno dobo 700 milijonov let.

Jedrski reaktor

Verižna reakcija
Verižna jedrska reakcija
(vir: Wikipedia)

Cepljivi material v jedrskem reaktorju imenujemo jedrsko gorivo. V današnjih jedrskih reaktorjih izkoriščamo toploto, ki nastaja pri verižni reakciji razpadov cepljivih atomskih jeder. Uporabljajo predvsem U-235 in plutonij Pu-239. Izotop U-235 najdemo v naravi: njegov delež povečamo z obogatitvijo, ki je razmeroma dolgotrajen in zahteven proces. Izotopa Pu-239 v naravi ni, nastaja pa v jedrskih reaktorjih in sicer tako, da atom naravnega urana U-238 najprej ujame nevtron, nato pa se dvakrat ponovi sprememba nevtrona v proton. Pu-239 nastane dovolj, da pred upokojitvijo jedrskega goriva prispeva približno toliko toplote kot U-235.

Večinoma torej cepimo izotop urana U-235. Razpad povzroči nevtron, ki ga cepljivo jedro absorbira. Nastane nestabilno jedro, ki razpade na dve manjši jedri, ki jim pravimo tudi razcepki. Ob tem se sprosti toplota in nekaj nevtronov, ki ponovno povzročijo razpade cepljivih jeder.

Nevtroni, ki se sprostijo ob cepitvi, imajo razmeroma veliko kinetično energijo. Za stabilno verižno reakcijo v jedrskih reaktorjih jih je potrebno že pred trkom v cepljiva jedra močno upočasniti. To počnemo s pomočjo moderatorja, v katerem hitri nevtroni predajajo del svoje kinetične energije ob trkih v manjša jedra. Pogosti moderatorji so voda, težka voda (z vodikovim izotopom devterijem) in grafit. Če kot moderator uporabimo vodo, za stabilno verižno reakcijo potrebujemo okoli 3,5% U-235. Težka voda je bistveno bolj učinkovit moderator in omogoča verižno reakcijo že z naravno uranovo mešanico (0,72% U-235).

Jedrsko eksplozijo lahko dosežemo le v povsem drugačnih okoliščinah. Potrebujemo hitre nevtrone in kolikor je mogoče zgoščen cepljivi material, npr. 90% ali več U-235. Zato v jedrskih reaktorjih do jedrske eksplozije ne more priti.

Jedrske elektrarne

Jedrska elektrarna je v veliki meri podobna termoelektrarni. Nekoliko poenostavljeno rečeno je potrebno parni kotel na premog, mazut ali plin zamenjati z jedrskim reaktorjem. V reaktorju poteka verižna reakcija, ki v vodo oddaja toploto, ki jo nato v nejedrskem, torej klasičnem delu elektrarne s pomočjo plinskih ali parnih turbin in generatorjev pretvorimo v elektriko.

PWR
Shema tlačnovodne jedrske elektrarne (vir: ICJT)

Tlačnovodna jedrska elektrarna v Krškem kot gorivo uporablja obogateni uran (pribl. 5%), kot moderator in reaktorsko hladilo pa demineralizirano vodo. Letno proizvede dobrih 5 TWh električne energije. Za to je potrebno vsakih 18 mesecev zamenjati dobrih 15 ton jedrskega goriva. Podrobnejše podatke o elektrarni v Krškem lahko dobite tudi na njihovi spletni strani. Za primerjavo povejmo, da termoelektrarna Šoštanj za nekoliko manjšo letno proizvodnjo blizu 4 TWh porabi 4 milijone ton lignita.

Po podatkih mednarodne agencije za atomsko energijo danes v svetu obratuje 443 jedrskih elektrarn. V gradnji jih je 64, trajno zaustavljenih pa 125. Geografsko gledano so današnje jedrske elektrarne postavljene v 30 državah. Več kot polovica delujočih jedrskih elektrarn je starejših od 25 let. Predvidene so bile za obratovalno dobo okoli 40 let. V ZDA in deloma tudi v Evropski skupnosti ob upoštevanju najnovejših znanstvenih spoznanj in po zamenjavi nekaterih ključnih komponent elektrarne obratovalno dobo podaljšujejo na 60 let. Seveda je morebitno podaljšanje potrebno utemeljiti in dovoliti za vsako elektrarno posebej.

svetNPPs
Porazdelitev jedrskih elektrarn v svetu (vir: Wikipedia CC BY 3.0)

Jedrsko gorivo in radioaktivni odpadki

V grobem radioaktivne odpadke delimo na nizko, srednje in visoko radioaktivne.

Značilni nizko radioaktivni odpadki so kontaminirana osebna oprema delavcev v medicini in jedrskih elektrarnah (npr. rokavice, kombinezoni, orodja…). Med srednje radioaktivnimi odpadki bomo našli predvsem snovi, ki so bile potrebne pri obratovanju jedrske elektrarne (npr. razne smole za izločanje borove kisline iz primarnega hladila) in kosi medicinske opreme. Za nizko in srednje radioaktivne odpadke velja, da bodo spontani razpadi njihovo radioaktivnost zmanjšali do neškodljivosti v manj kot 300 letih. Iz našega okolja jih zato izločimo za dobo 300 let. Letno na vsakega prebivalca Slovenije pridelamo manj kot 1 liter nizko in srednje radioaktivnih odpadkov.

V Sloveniji smo se že opredelili o lokaciji in osnovnih značilnostih odlagališča nizko in srednje aktivnih odpadkov. Zgradila in upravljala ga bo Agencija za radioaktivne odpadke v Vrbini pri Krškem, torej v neposredni bližini jedrske elektrarne.

Visoko radioaktivni odpadki vsebujejo predvsem rabljeno jedrsko gorivo. V gorivu smo porabili predvsem uran U-235, notri pa ostajata še zelo uporabna plutonij Pu-239 in U-238. Plutonij je z razmeroma zapleteno tehnologijo, ki jo obvladuje le nekaj držav, mogoče uporabiti kot gorivo v današnjih jedrskih reaktorjih. U-238 bo mogoče v hitrih oplodnih reaktorjih 4. generacije (v razvoju!) transformirati v Pu-239. Tega pa je že danes mogoče uporabiti kot jedrsko gorivo. Na ta način bi znane zaloge urana, ki z današnjo tehnologijo zadoščajo za dobrih 200 let, lahko izkoriščali več kot 1000 let. Jedrska energija bi tako postala trajnostna.

Če se rabljeno jedrsko gorivo odločimo odložiti, ga moramo iz biosfere izločiti za približno 100.000 let. Primeri stabilnih geoloških formacij, ki to omogočajo, so glina, granit in kamena sol. Ta čas je mogoče pomembno zmanjšati s postopki ločevanja in transmutacije. Raziskave na tem področju so razmeroma mlade, a zelo obetavne. Nakazujejo namreč, da bo s primerno predelavo radioaktivnost rabljenega goriva mogoče skrajšati na nekaj 100 let. Letno na vsakega prebivalca Slovenije pridelamo okoli 5 gramov takih odpadkov.

Vse aktivnosti, ki so povezane z razgradnjo jedrske elektrarne v Krškem in odlaganjem radioaktivnih odpadkov v Sloveniji financira Sklad za financiranje razgradnje in za odlaganje radioaktivnih odpadkov iz NEK. Sredstva v skladu se zbirajo iz prodane električne energije iz NEK. Višino prispevka v sklad, ki trenutna znaša nekaj manj kot 4 EUR/MWh, določa Program razgradnje, ki ga ARAO obnavlja vsakih 5 let.

 

Stran ureja: Matej Tekavčič

NOVICE
Komunikacijska delavnica projekta ENEN+, Bruselj, Belgija, 13.-14.10.2019
Del projekta ENEN+ (Attract, Retain and Develop New Nuclear Talents Beyond Academic Curricula) je tudi razvoj in izvedba komunikacijske strategije, ki naj jedrske deležnike seznani z izz...
Sestanek Upravnega odbora ENEN, Bruselj, Belgija, 23.-25.10.2019
Več kot 75 članic združenja ENEN predstavlja večino evropskih univerz in raziskovalnih inštitutov, ki izobražujejo na področju varne rabe jedrske energije. V več kot desetletju obstoja je združenju uspel...
Sestanek EHRO-N Senior Advisory Group, Petten, Nizozemska, 18.-19.11.2019
European Human Resource Observatory – Nuclear (EHRO-N) je v letu 2011 ustanovila Evropska komisija z namenom sp...
Pripravljalni sestanek H2020 projekta SCC-SMR, Petten, Nizozemska, 27.-28.8.2019
Razpis za projekte Obzorja 2020 EURATOM v letu 2019 predvideva tudi aktivnosti pri razvoju malih in modularnih reaktorjev. Projekt SCC-SMR združuje zelo širok mednarodni konzorci...
Mednarodno ocenjevanje Tehniške univerze v Harbinu, Harbin, Kitajska, 14.-18.7.2019
Tehniška univerza v Harbinu (Harbin Engineering University, HEU) sodi z več kot 900 študenti v dveh jedrskih programih (jedrska tehnika, radiokemija) med največje na Ki...
Delavnica v okviru projekta "Analysis to Support Implementation in Practice of Articles 8a-8c of Directive 2014/87/Euratom", Luksemburg, Luksemburg, 12.-13.11.2019
Direktorat za energijo pri Evropski komisiji je pri združenju pooblaščenih izvedencev za jedrsko varnost ETSON naročil študijo o implementaciji evropske direktive o jedrski varnosti iz leta 2014 v nacionaln...
EUROfusion PPPT Project Management Meeting in DEMO Project Board Meeting, IPP, Garching, Nemčija, 14.-15. 11. 2019
Evropske fuzijske raziskave v okviru Obzorja 2020 združuje ciljno orientiran 5-letni (2014-2018) fuzijski program EUROfusion, ki poteka pod okriljem EURATOM pogodbe. Zaradi 7-letnega obdobja Obzorja 2020 je program podalj&...
Regional Training Course "Leadership in Nuclear and Radiation Safety", Hammamet, Tunizija, 16.-18.10.2019
EUROPAID je projet Evropske komisije, katerega namen je teoretično in praktično usposabljanje strokovnjakov jedrskih upravnih organov in tehniških podpornih organizacij za krepitev njihovih upravnih in tehni&scaron...
18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-18), Portland, ZDA, 18. 8. – 22. 8. 2019
NURETH je najpomembnejša konferenca na področju termohidravlike jedrskih reaktorjev in sorodnih tem. Na mednarodni konferenci NURETH-18 je bilo predstavljenih 545 prispevkov, ob tem pa še 3 okrogle mize ter 1...
EUROfusion PPPT Project Management Meeting in DEMO Project Board Meeting, IPP, Garching, Nemčija, 11.-12. 7. 2019
Evropske fuzijske raziskave v okviru Obzorja 2020 združuje ciljno orientiran 5-letni (2014-2018) fuzijski program EUROfusion, ki poteka pod okriljem EURATOM pogodbe. Zaradi 7-letnega obdobja Obzorja 2020 je program podalj&...
Zaključna delavnica projekta SOTERIA, Miraflores de la Sierra, Španija, 25.-27.6.2019
Projekt SOTERIA (»Safe long term operation of light water reactors based on improved understanding of radiation effects in nuclear structural materials«) je štiriletni evropski projekt, ki se je pričel 1...
ENEN+ poletna šola, Budimpešta, Madžarska , 30.6.-5.7.2019
Med aktivnosti H2020 projekta ENEN+ (Pritegni, zadrži in razvij nove jedrske talente z več kot le akademskim izobraževanjem) sodi tudi priprava in izvedba poletnega znanstvenega kampa za srednješolce in pole...
PIACE Project Kick-Off Meeting, Lago Brasimone, Italija, 3.-5.7.2019
Evropski projekt PIACE (Passive Isolation Condenser) se je pričel 1. 6. 2019 in bo trajal do 31. 5. 2022. Projekt obravnava koncept pasivnega izolacijskega kondenzatorja, ki bi se lahko uporabljal za kondenzacijo vodne par...
Mednarodna konferenca "Capacity Building for Nuclear Industry: Education, Research, Safety", Obninsk, Rusija, 25.-28.6.2019
Konferenca je bila del aktivnosti koncerna ROSATOM, s katero so obeležili 65 letnico prve dobave jedrske elektrike v omrežje, ki se je zgodilo v letu 1954 v t.i. znanstvenem mestu ZSSR Obninsk. Na konferenci sem predstavil vabljeno predavanje...
NEA-IAEA-WANO delavnica o kadrih in 5. konferenca NSREG, Pariz in Bruselj, 5.-7.6.2019
Razprave o izzivih obvladovanja znanj in spretnosti med zamenjavo generacij jedrskih strokovnjakov so v zadnjem času vse pogostejše. Tudi zato so celodnevno razpravo tem izzivom skupaj namenili ...
EAES Combined Meeting, Muenchen, Nemčija,1.-5. 6. 2019
European Atomic Energy Society (EAES) je organizacija, ustanovljena leta 1954, ki združuje evropske raziskovalne organizacije na področju jedrske energije. Sedanja najbolj pomembna funkcija EAES je izmenjava informacij o ...
Srečanje CSARP/MCAP ter delavnica za uporabnike programa MELCOR, Albuquerque, NM, ZDA, 3.-6. 6. 2019
Po težki nesreči v jedrski elektrarni v Fukušimi so se zaostrili standardi jedrske varnosti. Tako tudi analize težkih nesreč postajajo sestavni del varnostnih poročil. Za neodvisno preverjanje analiz težkih nes...
Udeležba na ERCOFTAC delavnici »Direct and Large Eddy Simulation 12«, Madrid, Španija, 5.-7. junij 2019
ERCOFTAC (European Research Community On Flow, Turbulence and Combustion) združuje raziskovalce iz univerz, raziskovalnih ustanov in industrije, ki se ukvarjajo z zelo širokimi področji raziskav tokov tekočin, tur...
Sestanek EU programa EURAD in ENEN PhD Event 2019, Pitesti, Romunija
V dneh od 4. do 6. junija 2019 sem se v okviru konference FISA 2019 kot predstavnik IJS in Univerze v Ljubljani udeležil dveh dogodkov, ki so potekali v času konference. Prvi dan ...
mobile view