A. Lutonského 716/11, Liptovský Mikuláš 031 01, SR
0911 803 335   

Ako z uránu vyrobiť elektrinu

Ako z uránu vyrobiť elektrinu

Z malej hrudky uránu veľkej ako ľudská dlaň sa dá získať rovnaké množstvo elektriny ako zo 70 ton uhlia alebo 390 barelov ropy. Elektráreň vyrábajúca elektrický prúd pre milión ľudí spotrebuje iba 3 kilogramy uránu denne - a je zatiaľ najvýdatnejším známym zdrojom energie. Nedávne udalosti v Japonsku ukázali, že to nie je energia bezpečná. :-(

Urán patrí k prvkom s najvyššou hustotou. Jeho atómy pritom balansujú na hranici nestability. Srdcu atómu - jadru stačí veľmi málo energie, aby sa rozštiepilo. V okamihu, keď sa jadro rozštiepi, uvoľní sa procesom nazývaným jadrové štiepenie obrovské množstvo energie.

Energiu potrebnú na rozštiepenie jadra poskytujú neutróny (drobné častice oveľa menšie ako atóm), ktoré nárazom do jadra vyvolajú štiepnu reakciu. Pri náraze sa z jadra uvoľnia najmenej dva neutróny, ktoré vyvolávajú ďalšie štiepenie a proces môže pokračovať takmer donekonečna.

Energiu, ktorá sa uvoľňuje štiepením, možno ovládať, uvoľňovať ju pomaly a využiť ju na výrobu pary, ktorá poháňa elektrický generátor. Na tomto princípe funguje jadrový reaktor.

Palivové články

Palivové články väčšiny reaktorov sa skladajú z tenkých trubíc, ktoré obsahujú tablety uránu. 

Maximálna životnosť palivových článkov je tri roky a ani potom sa všetko palivo (urán) nespotrebuje. Dochádza však k nahromadeniu vedľajších produktov, ako sú plynný kryptón, častice cézia, stroncia a plutónia. Palivové články sa musia odstrániť prv, ako sa vedľajšie produkty stihnú nahromadiť. Vyhorené články sa odvážajú do zariadení, kde sa nevyhorený urán oddelí od plutónia a odpadových produktov. Plutónium je pre atómovú energetiku veľmi užitočným vedľajším produktom, pretože sa môže opäť použiť.

Urán sa vyskytuje v niekoľkých chemicky identických formách, ktoré sa líšia iba veľkosťou atómového jadra. Nazývajú sa izotopy. Jedným z nich je urán U-235, pomenovaný po 235 časticiach, z ktorých sa skladá jeho jadro. Z tisíca atómov uránu len sedem patrí k U-235, zvyšok tvoria atómy uránu U-238.

Jadro uránu U-238 sa pri bombardovaní neutrónmi neštiepi tak ľahko ako U-235, a navyše sa mení na iný prvok - plutónium P-239. Ak sa použije ako palivo prírodný urán, existuje reálne nebezpečenstvo, že predtým, ako bombardujúce neutróny nájdu U-235 a spustia jadrovú reakciu, pohltí ich urán U-238. V tomto prípade by reaktor vôbec nenaštartoval.

Jestvujú dve možné riešenia tohto problému. Prvým je zvýšiť množstvo atómov U-235 v palive reaktora zo siedmich na 30 až 40 z tisíca atómov procesom zvaným obohacovanie uránu. Pred tým, ako sa uránové palivo vloží do článku, obohatí sa o atómy U-235 rotáciou v centrifúge, ktorej odstredivá sila od seba oddelí U-235 a U-238. Druhým spôsobom naštartovania reaktora s neobohateným uránom je maximálne využitie energie bombardujúcich neutrónov - ich pohyb sa spomalí a neutróny majú väčšiu šancu spustiť reakciu.

Na spomalenie neutrónov sa používajú ľahké prvky, ako vodík a uhlík, ktoré odrážajú neutróny a menia ich smer, podobne ako menia odrazové plochy v hracom automate smer vystrelenej guľôčky. Fungujú teda ako moderátory, pretože spomaľujú rýchlosť neutrónov. Väčšina moderných reaktorov používa obidva spôsoby: obohatené palivo i rôzne moderátory. V niektorých reaktoroch je moderátorom voda (obsahuje vodík), v iných používajú uhlík vo forme grafitových tyčí .
V čase prevádzky reaktora sa uvoľňuje značné množstvo tepelnej energie a na jeho ochladenie sa používajú rôzne chladiace médiá. Tlakové reaktory sa chladia vodou, preto sa budujú v blízkosti riek a morí. Modernejšie reaktory (prvý postavili vo Veľkej Británii) sa chladia plynným oxidom uhličitým. V Kanade na chladenie niektorých reaktorov používajú ťažkú vodu, v ktorej sú atómy vodíka nahradené izotopom vodíka nazývaného deutéríum. 

Čo s nebezpečným odpadom


Vysoko rádioaktívny odpad je niekoľko tisíc rokov smrteľne nebezpečný. Vyhorené palivo jadrového reaktora obsahuje smrtiacu zmes rádioaktívnych látok; plutónia, stroncia a cézia.

Objem vysoko rádioaktívneho odpadu je našťastie malý. Typická tisícmegawattová elektráreň produkuje okolo dvoch metrov kubických ročne.

Spôsob jeho uskladnenia sa v jednotlivých štátoch odlišuje. V USA sa spracovaný odpad skladuje v dvojplášťových antikorových cisternách, zaliatych do meter hrubého betónu. Väčšina odpadu sa však vo forme vyhorených palivových tyčí v pôvodnom puzdre umiestňuje do špeciálnych bazénov v blízkosti atómových elektrární. Z dlhodobého hľadiska je takéto uskladnenie nemysliteľné.

Vo Veľkej Británii sa jadrový odpad skladuje v kvapalnej forme (má podobnú farbu ako čaj) v oceľových nádržiach (podobných americkým), zaliatych do betónu. Rozpadom rádioaktívnych článkov  uvoľňuje teplo. Oceľové nádrže sa chladia vodou, aby sa predišlo odpareniu kvapaliny a možnému úniku radiácie.

Napriek tomu, že sa tieto nádrže používajú už 40 rokov, sú tiež len dočasným riešením.

Azda najlepší súčasný spôsob uloženia odpadu je ten, keď sa rádioaktívny odpad zataví do sklených valcov a skladuje sa hlboko v zemi. V pokusnom zariadení v Marcoule vo Francúzsku sa táto metóda používa už od roku 1978. 

Odpad sa zahrievaním v rotujúcom bubne vysuší dosucha. Aby sa dal zataviť do skla, zmieša sa s oxidom kremičitým, bórom a ďalšími látkami. Nasype sa do vertikálnej komôrky a ú zahreje na 1500 °C . Prúd taveniny vyteká zospodu komôrky a plní sa do kontajnerov z nehrdzavejúcej ocele, ktoré sú asi dvakrát väčšie ako kanva na mlieko. Tisícmegawattová elektráreň naplní približne 15 takých kontajnerov ročne. Len čo sklo stuhne, kontajnery sa uzavrú privareným vekom.

Kontajnery sa potom skladujú v špeciálnych šachtách neďaleko Marcoule. Každý z nich vydá 1,5 kW tepla a na jeho chladenie stačí vzduch, Túto technológiu začínajú používať aj Briti a Američania Ak je rádioaktívny odpad pod kontrolou, nemal by spôsobiť nijaké ťažkosti. Ideálny spôsob skladovania by sa však mal zaobísť bez akéhokoľvek dosahu na človeka.

Jedným z návrhov, ako to dosiahnuť, je zaliať kontajnery do železa alebo medi, uložiť ich v podzemných jaskyniach do dier alebo do vyhĺbených jám a zabetónovať alebo prekryť ílom zvaným bentonit pohlcuje rádioaktivitu).

Kontajnery by predtým, ako skorodujú a prestanú tesniť, mali vydržať aspoň tisíc rokov, pretože po 500 rokoch rádioaktivita klesne asi na úroveň rádioaktivity uránovej rudy. Vhodným výberom jaskyne a  umiestnením odpadu hlboko pod zem by sa podľa názoru odborníkov malo predísť akýmkoľvek problémom. Niektorý z rádioaktívnych odpadov by mohol presiaknuť na povrch  za milión rokov. Za taký dlhý čas však rádioaktívny odpad rozpadne na relatívne neškodné látky. V oblastiach zvolených za skládky rádioaktívnych odpadov by sa nemali nachádzať nijaké cenné minerály, aby budúce civilizácie pri ich dolovaní nenatrafili na rádioaktívne látky. Odpad by mal byť ukrytý pod toľkými vrstvami, že jeho únik v zohľadňovanom časovom období by bol celkom nemožný.

Nájsť oblasť, kde by miestni obyvatelia súhlasili s uložením jadrového odpadu, nie je ľahké. Asi by sa nikomu nepáčilo mať skládku jadrového odpadu za dedinou. Namiesto toho budú možno zodpovední činitelia nútení rozhodnúť, aby sa hĺbili Jaskyne pod už existujúcimi zariadeniami na regeneráciu vyhorených palivových článkov.

Ohodnoťte tento článok:
Elektrina z energie prílivu
Čo je to elektrina?

Súvisiace články

 

Účet blogera


Najaktívnejší blogeri

  • Patrik Hyll
    5 625 Bodov
  • Ulrich
    4 881 Bodov
  • Lukáš Janáčik
    4 647 Bodov
  • Janko
    1 676 Bodov
  • Dodo Farkaš
    1 174 Bodov
  • Martin Majtán
    693 Bodov
  • Natália Andrašková
    457 Bodov
  • Michal Chovanec
    455 Bodov
  • Adam Hančák
    353 Bodov
  • Lenka Baranovičová
    341 Bodov
 

Najčítanejšie články

Patrik Hyll
08. marec 2015
Biológia
V dnešnom blogu Vám ukážem že zvieratá nie sú len roztomilé, ale niektoré druhy aj poriadne škaredé. Matka príroda sa naozaj vyhrala do sýtosti, niektorých obdarovala priam neuveriteľnou roztomilosťou...
Hodnotiť:
32876 x čítané
Lenka Baranovičová
05. marec 2015
Biológia
Asi každý má rád motýle, aj ja. Ale mám medzi nimi pár obľúbených druhov, ktoré sú niečím výnimočné v porovnaní s ostatnými. Dnes by som vám chcela povedať o šiestich z nich....
Hodnotiť:
26268 x čítané
Prochy
11. október 2014
Prečo je to tak
Keď hodíme kameň do jazera, okamžite začne klesať na dno. Drievko pláva na hladine. Niektoré veci sa potopia, iné sa len zľahka ponoria. Od čoho to závisí?...
Hodnotiť:
25821 x čítané