בסוף מלחמת העולם השנייה, הוטלו שתי פצצות גרעיניות מעל הערים היפניות הירושימה ונגסאקי. הנשק החדש הוכיח את עצמו כקטלני ביותר בהיסטוריה האנושית. המירוץ הגרעיני שנוצר בין ברית המועצות לארה ב החריף עוד יותר את חששות הקהילה העולמית מהגורם הגרעיני. עם זאת, בנוסף לראשי נפץ אטומיים, הופיע אטום שליו. ביטוי זה מתייחס לכוח גרעיני.
עקרון הפעולה של NPP
הפעולה של כל תחנת כוח גרעינית מבוססת על תגובה של ביקוע אטום. כדי לקרוא לזה, יש צורך לבצע הפצצת נויטרונים של גרעיני אורניום-235. החלקיקים הקטנים ביותר מחולקים לשברים, תוך יצירת כמות עצומה של קרני גמא ואנרגיה תרמית.
אטום שליו יכול להישאר שליו רק תחת פיקוח קפדני, חובה עבור תחנות כוח גרעיניות. העובדה היא שבמהלך הביקוע מתעוררים נויטרונים, המביאים לתגובות שרשרת חדשות. עטיפה בלתי מבוקרת של הגרעינים מובילה לפיצוץ. העיקרון הזה הוא שעומד בבסיס פעולתן של פצצות אטום. בתחנות כוח, התהליך מבוקר, ועודפי אנרגיה מופנים לערוץ שימושי עבור אנשים.
Uranium-235
דלק גרעיני מונח במוטות מיוחדים לפני השימוש. הוא מאוחסן בצורה של טבליות עשויות מתחמוצת אורניום. יש להבין שחומר זה הוא הטרוגני. 3% מהטבליות הללו מורכבות מאורניום-235 (זה הוא שבקע במהלך התגובה), השאר הוא אורניום-238 (איזוטופ זה אינו בקיע).
למה יחס זה נחוץ? כדי לשמור על התהליך תחת שליטה. כור עובד מתחיל בתגובת ביקוע. במהלך פיתוחו, כמות האורניום-235 פוחתת. במקביל, נפח מוצרי הביקוע גדל. זו פסולת גרעינית. הם מהווים סכנה סביבתית חמורה ולכן יש להיפטר מהם כראוי. האם אטום יכול להיות שליו? כפי שניתן לראות מהטכנולוגיה המתוארת, רק תוך שמירה קפדנית על ההוראות והכללים של תהליך הייצור.
דרישות מוקדמות להופעה
אנרגיה גרעינית (אטומית) מקורה באמצע המאה ה-20. מאז הוקמו מאות תחנות כוח גרעיניות ברחבי העולם (היום פועלות 442). אטום שליו מספק יותר ממחצית מהאנרגיה הדרושה לצרפת, פולין, ליטא, סלובקיה, שוודיה ודרום קוריאה. במערב אירופה, תחנות כוח גרעיניות מייצרות כשליש מהחשמל.
הכל התחיל ב-1939, כשביקוע אורניום התגלה בגרמניה. מחקרים של הגרמנים התעניינו מאוד בברית המועצות. מיד התברר למדענים שהתהליך החדש שהתגלה מאפשר ייצור של כמויות עצומות של אנרגיה. אם מומחים יכלו ללמוד לשלוט בתגובות מורכבות, זה היה פותר בעיות כלכליות רבות.בעיות. המחקר הסובייטי הראשון הקשור לאטום השליו התקיים ב-RIAN (מכון הרדיום של האקדמיה למדעים) בהדרכתו של הפיזיקאי המצטיין איגור קורצ'טוב.
מירוץ גרעיני
עבודתם של מדענים סובייטים נבלמה עקב היעדר מאגרי האורניום של ברית המועצות. בנוסף, המלחמה הפטריוטית הגדולה החלה ב-1941, ותגליות מהפכניות נאלצו לשכוח לזמן מה. על רקע זה, סדר היום יורט בבריטניה, ארה ב וגרמניה. הפרדוקס טמון בעובדה שאנרגיה גרעינית הופיעה כשלוחה של פרויקט מיליטריסטי. כמובן, המדינות הלוחמות קודם כל ניסו להשיג את הנשק החזק ביותר, ורק אז חשבו על דרכים שלווה להשתמש בתגליות שלהן.
הכור הגרעיני הניסיוני הראשון הושק בארצות הברית בדצמבר 1942. מוביל הפרויקט היה המדען האיטלקי אנריקו פרמי. בברית המועצות, הכור הראשון הופיע בסוף 1946 במכון לאנרגיה אטומית. בשלב זה, ההפצצה האמריקאית על הירושימה ונגסאקי כבר התרחשה. בברית המועצות נוצרה פצצת האטום ב-1949 ופצצת המימן ב-1953. המלחמה כבר הסתיימה, ומדענים החלו להכין כור גרעיני שיעבוד עבור הכלכלה הלאומית של ברית המועצות.
בניית NPP
תחנת הכוח הגרעינית הראשונה בעולם הושקה בקיץ 1954. התברר שזו תחנת הכוח הגרעינית אובנינסק, הממוקמת באזור קלוגה. בארצות הברית, באיחור קל, החלו ליישם גם פרויקט אנרגיה אטומית. בשנת 1956, האמריקאים הצליחו לראשונה בעזרתכור כדי לקבל חשמל. בהדרגה הוקמו עוד ועוד תחנות כוח גרעיניות חדשות בשתי המעצמות. כל אחד מהם שבר שיא כוח נוסף.
שיא התפתחות הכוח הגרעיני הגיע במחצית השנייה של שנות ה-60. ואז מספר בניית תחנות הכוח הגרעיניות החל לרדת. בארצות הברית החל דיון בקונגרס ובקהילה המדעית על הבעיות הקשורות לבטיחות האטום השליו. עם זאת, עד 1986, ייצור החשמל הגרעיני הגיע ל-15% מזה שנוצר על ידי תחנות כוח קונבנציונליות.
סמל אנרגיה גרעינית
בשנת 1958 נפתח האטומיום בבריסל, שם נערכה התערוכה העולמית הבאה. קונספט העיצוב פותח על ידי האדריכל André Waterkeyner. האטום נראה כמו סריג גביש מוגדל של ברזל: תשעה אטומים שחוברים זה לזה. משקל המבנה הוא 2400 טון, וגובהו 102 מטר. מבקרים יכולים להיכנס לשישה מתוך תשעת המחוזות. מודלים אלה של אטומים, שהוגדלו מאות מיליארדי פעמים, מחוברים זה לזה באמצעות עשרים צינורות באורך 23 מטר. בפנים הם מסדרונות ומדרגות נעות.
תצלום "האטום השליו", שהופיע בבריסל בשיא העידן האטומי, התפשט במהירות ברחבי העולם, והאטומיום הפך לסמל של כל האנרגיה הגרעינית והרעיון שגילויים מדעיים מהפכניים צריכים לשמש לטובת האנושות, ולא למלחמות והרס. ציון הדרך הבלגי מוזכר ברומן של סופרי המדע הבדיוני הסובייטים המפורסמים האחים סטרוגצקי "יום שני מתחיל בשבת". סמל האטום השליו מופיע ברישומים רבים, כמו גם על סמלים המוקדשים לאנרגיה גרעינית.
גורם סביבתי
בעיית הזיהום הסביבתי בפסולת רדיואקטיבית הופכת דחופה יותר ויותר מדי שנה. לדוגמה, ברוסיה המודרנית, אנשי 10 תחנות כוח גרעיניות עוסקים בכוח גרעיני שליו. כל המפעלים הללו זקוקים לתשומת לב מיוחדת מצד אנשי איכות הסביבה ומשרדי הממשלה.
50,000 מטר מעוקב של פסולת רדיואקטיבית מצטברת באיחוד האירופי מדי שנה. הבעיה המרכזית היא שפסולת כזו נשארת מסוכנת במשך אלפי שנים (לדוגמה, תקופת ההתפרקות של פלוטוניום-239 היא 24 אלף שנה).
ניהול פסולת
היום יש כמה מושגים על הדרך הטובה ביותר לסלק פסולת רדיואקטיבית. הרעיון הראשון הוא ליצור שטחי קבורה הממוקמים בקרקעית האוקיינוסים. זו דרך קשה למדי ליישום. מכולות חייבות להיות ממוקמות בעומק ניכר, בנוסף הן עלולות להיפגע מזרמי ים.
הרעיון השני נמצא בבחינה של נאס א, שם הם מציעים לשלוח פסולת גרעינית לחלל החיצון. שיטה זו בטוחה לכדור הארץ, אך טומנת בחובה הוצאה מופרזת. יש עוד רעיונות: לקחת פסולת לאיים לא מיושבים או לקבור אותם בקרח של אנטארקטיקה. האפשרות המקובלת ביותר כיום היא הקמת שטחי קבורה בסלעים תת קרקעיים סלעיים. המחקר הקשור לרעיון זה נמשך בגרמניה ובשווייץ.
שיעור צ'רנוביל
במשך זמן רב, אנרגיה גרעינית נחשבה ללא עוררין. לכמהבמשך עשרות שנים המשיך האטום השקט בברית המועצות ובמדינות אחרות את התרחבותו הכלכלית. עם זאת, בשנת 1986 התרחשה טרגדיה בצ'רנוביל שאילצה את האנושות לחשוב מחדש על יחסה לתחנות כוח גרעיניות. פיצוץ אירע בתחנה ליד פריפיאט, שהביא להרס הכור ולשחרור לסביבה של כמות משמעותית של חומרים רדיואקטיביים המסוכנים לבריאות.
הסיסמה הסובייטית המפורסמת "אטום שליו בכל בית" נפגעה. בחודשים הראשונים שלאחר התאונה מתו 30 בני אדם. עם זאת, ההשפעות האמיתיות של החשיפה הגיעו מאוחר יותר. במהלך השנים הבאות, עשרות אנשים נוספים מתו בייסורים ממחלה איומה. אלפי אזרחי ברית המועצות היו באזור ההדבקה. שטחים משמעותיים של בלארוס, אוקראינה ורוסיה הפכו בלתי מתאימים לחקלאות. התאונה בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל הובילה להתפרצות של פוביה ציבורית ביחס לאנרגיה גרעינית. לאחר הטרגדיה ההיא, תחנות רבות ברחבי העולם נסגרו.
למרות שאמצעי האבטחה במפעלים כאלה השתפרו באופן ניכר במשך 30 שנה, תיאורטית, טרגדיה דומה לצ'רנוביל עלולה להתרחש שוב. היו תאונות גם לפני ואחרי תחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל: ב-1957 - בבריטניה (סוללת רוח), ב-1979 - בארה"ב (אי שלושת המיילים), ב-2011 - ביפן (פוקושימה). כיום, סבא"א אספה מידע על יותר מ-1,000 מצבי חירום בתחנות. גורמים לתאונות: גורם אנושי (80% מהמקרים), בתדירות נמוכה יותר - פגמי עיצוב. בפוקושימה ביפן, אירע מקרה חירום עקב רעידת אדמה חזקה והצונאמי שבא בעקבותיו.
סיכויים לאנרגיה גרעינית
השאלה האם לאטום השליו יש עתיד היא מסובכת מנקודת מבט כלכלית וגורמת להרבה מחלוקות בקרב מומחים. בשל מספר רב של גורמים סותרים, עתידו אינו ברור ומעורפל. התחזיות האחרונות שפרסמה סוכנות האנרגיה הבינלאומית מצביעות על כך שאם המגמות הנוכחיות יימשכו, חלק החשמל המיוצר על ידי תחנות כוח גרעיניות יירד מ-15% ל-9% עד 2030.
עד לאחרונה, אנרגיה גרעינית הייתה מבוקשת, כולל בגלל מחירי הנפט הגבוהים. עם זאת, ב-2014 הם ירדו בחדות. כך, הופיעה חלופה זולה יותר לתחנות כוח גרעיניות. חשוב גם שהאטום השליו יספק לאנשים רק חשמל (כלומר, אפילו בשימוש נרחב, הוא לא יכול להיפטר לחלוטין מהחברה מהתלות באנרגיה).
נפט או חשמל?
נפט, למרות הכל, חשוב לתעשייה ולתחבורה. כ-40% מהאנרגיה שארה"ב צורכת מסופקת על ידי משאב זה. יפן וצרפת לא יכלו להיפטר מהתלות בנפט (למרות שהן משתמשות באופן פעיל בתחנות כוח גרעיניות). אז האם לאטום השליו יש עתיד או שנגזר עליו להישאר בצל "הזהב השחור"? מגמות אלו מצביעות על כך שתחנות כוח גרעיניות עשויות להיות נחלת העבר. עם זאת, כמה התפתחויות אחרונות העניקו לאנרגיה גרעינית חיים חדשה.
אנחנו מדברים על הופעתן של מכוניות שפועלות על חשמל במקום בנזין. כיום, הובלה כזו כובשת יותר ויותר את השווקים של ארה ב ואירופה. בעוד כמה עשורים, כלי רכב חשמלייםיהפוך לנורמה. זה הרגע שהאטום השליו יכול שוב לבוא להצלת הכלכלה העולמית. תחנות כוח גרעיניות מסוגלות לפתור את בעיית הביקוש ההולך וגובר של מדינות שונות לחשמל.
אנרגיה פיוז'ן
ישנה פרספקטיבה נוספת שבה האטום השליו יכול לעשות ניצחון כלכלי. אחת הבעיות החשובות ביותר הקשורות להפעלת תחנות כוח גרעיניות היא בטיחות סביבתית. שאלת המורכבות של סילוק פסולת רדיואקטיבית ודלק מושקע הולידה את הרעיון של עיצוב מחדש של כורים גרעיניים לכורי היתוך גרעיניים חדשים. מפעלים כאלה יהיו בטוחים לחלוטין לסביבה. אבל לפני שטכנולוגיית האטום השלווה הזו תוכנס לייצור, מומחים יצטרכו לעבור דרך ארוכה.
צוותים מ-33 מדינות בעולם כבר עובדים על פרויקט תרמו-גרעיני. האופי הגלובלי של הרעיון של דלק תרמו-גרעיני נובע מיתרונותיו הרבים. זה לא רק בטוח מנקודת מבט של אקולוגיה, אלא גם בלתי נדלה. המשאב הדרוש למדענים הוא דאוטריום, המתקבל מהאוקיינוסים. ההבדל הטכנולוגי העיקרי בין תחנה תרמו-גרעינית לתחנת כוח גרעינית הוא שהיתוך גרעיני יתבצע במפעלים חדשים (ביקוע גרעיני מתבצע בתחנות כוח גרעיניות לשעבר). אולי הטכנולוגיה הזו היא העתיד של האטום השליו.
