Katikati ya karne ya ishirini, akili bora zaidi za wanadamu zilifanya kazi kwa bidii katika kazi mbili kwa wakati mmoja: juu ya uundaji wa bomu la atomiki, na pia jinsi ya kutumia nishati ya atomi kwa madhumuni ya amani. Hivi ndivyo mitambo ya kwanza ya nyuklia duniani ilionekana. Kanuni ya uendeshaji wa mtambo wa nyuklia ni nini? Na je, mitambo mikubwa zaidi kati ya mitambo hii ya kuzalisha umeme iko wapi duniani?
Historia na vipengele vya nishati ya nyuklia
"Nishati ndio kichwa cha kila kitu" - hivi ndivyo unavyoweza kufafanua methali inayojulikana sana, ukizingatia ukweli wa lengo la karne ya 21. Kwa kila awamu mpya ya maendeleo ya kiteknolojia, ubinadamu unahitaji kiasi chake kinachoongezeka. Leo, nishati ya "chembe ya amani" inatumika kikamilifu katika uchumi na uzalishaji, na sio tu katika sekta ya nishati.
Umeme unaozalishwa na kinachoitwa mitambo ya nyuklia (ambayo hufanya kazi kwa kanuni rahisi sana) hutumiwa sana katika tasnia, uchunguzi wa anga, dawa na kilimo.
Nishati ya nyuklia ni tawi la tasnia nzito inayotoa joto na umeme kutoka kwa nishati ya kinetiki ya atomi.
Zilionekana linimitambo ya kwanza ya nyuklia? Wanasayansi wa Soviet walisoma kanuni ya uendeshaji wa mitambo hiyo ya nguvu nyuma katika miaka ya 40. Kwa njia, sambamba pia waligundua bomu la kwanza la atomiki. Kwa hivyo, chembe ilikuwa "ya amani" na ya mauti.
Mnamo 1948, I. V. Kurchatov alipendekeza kwamba serikali ya Soviet ianze kufanya kazi ya moja kwa moja juu ya uchimbaji wa nishati ya atomiki. Miaka miwili baadaye, katika Umoja wa Kisovieti (katika jiji la Obninsk, eneo la Kaluga), ujenzi wa kiwanda cha kwanza kabisa cha nguvu za nyuklia kwenye sayari ulianza.
Kanuni ya utendakazi wa vinu vyote vya nguvu za nyuklia inafanana, na si vigumu hata kidogo kuielewa. Hili litajadiliwa zaidi.
NPP: kanuni ya uendeshaji (picha na maelezo)
Kazi ya mtambo wowote wa nguvu za nyuklia inategemea athari yenye nguvu ambayo hutokea wakati wa mpasuko wa kiini cha atomi. Uranium-235 au atomi za plutonium mara nyingi huhusika katika mchakato huu. Nucleus ya atomi hugawanya nyutroni inayoingia ndani yao kutoka nje. Katika kesi hii, neutroni mpya hutolewa, pamoja na vipande vya fission, ambavyo vina nishati kubwa ya kinetic. Nishati hii pekee ndiyo bidhaa kuu na muhimu ya mtambo wowote wa nyuklia
Hivi ndivyo unavyoweza kuelezea kanuni ya utendakazi wa kinu cha mtambo wa nyuklia. Katika picha inayofuata unaweza kuona jinsi inavyoonekana kutoka ndani.
Kuna aina tatu kuu za vinu vya nyuklia:
- reactor ya chaneli ya nguvu ya juu (iliyofupishwa kama RBMK);
- kiyeyeyusha maji ya shinikizo (VVER);
- reactor ya neutroni ya haraka (FN).
Kando, inafaa kuelezea kanuni ya utendakazi wa vinu vya nyuklia kwa ujumla. Jinsi inavyofanya kazi itajadiliwa.katika makala inayofuata.
kanuni ya operesheni ya NPP (mchoro)
Kinu cha nguvu za nyuklia hufanya kazi chini ya hali fulani na katika hali zilizobainishwa kikamilifu. Mbali na kinu cha nyuklia (moja au zaidi), muundo wa kiwanda cha nguvu za nyuklia ni pamoja na mifumo mingine, vifaa maalum na wafanyikazi waliohitimu sana. Kanuni ya uendeshaji wa mitambo ya nyuklia ni ipi? Inaweza kuelezewa kwa ufupi kama ifuatavyo.
Kipengele kikuu cha mtambo wowote wa nyuklia ni kinu cha nyuklia, ambamo michakato yote kuu hufanyika. Tuliandika juu ya kile kinachotokea kwenye reactor katika sehemu iliyopita. Mafuta ya nyuklia (kawaida mara nyingi zaidi urani) katika umbo la pellets ndogo nyeusi hutiwa ndani ya sufuria hii kubwa.
Nishati iliyotolewa wakati wa maitikio yanayofanyika katika kinu cha nyuklia hubadilishwa kuwa joto na kuhamishiwa kwenye kipozezi (kwa kawaida maji). Ikumbukwe kwamba wakati wa mchakato huu kipozezi pia hupokea kipimo fulani cha mionzi.
Zaidi ya hayo, joto kutoka kwa kipozeo huhamishiwa kwenye maji ya kawaida (kupitia vifaa maalum - vibadilisha joto), ambavyo huchemka kama matokeo. Mvuke wa maji unaosababishwa huendesha turbine. Jenereta imeunganishwa kwa ya pili, ambayo hutoa nishati ya umeme.
Kwa hivyo, kulingana na kanuni ya utendakazi wa mtambo wa nyuklia, hiki ndicho mtambo sawa wa nishati ya joto. Tofauti pekee ni jinsi mvuke unavyotengenezwa.
Jiografia ya nishati ya nyuklia
Nchi tano bora katika uzalishaji wa nishati ya nyuklia ni kama ifuatavyo:
- USA.
- Ufaransa.
- Japani.
- Urusi.
- Korea Kusini.
Wakati huohuo, Marekani, inayozalisha takriban kWh bilioni 864 kwa mwaka, inazalisha hadi asilimia 20 ya nishati ya umeme duniani.
Kwa jumla, majimbo 31 duniani yanaendesha mitambo ya nyuklia. Kati ya mabara yote ya sayari hii, ni mawili tu (Antaktika na Australia) ambayo hayana nishati ya nyuklia kabisa.
Leo, kuna vinu 388 vya nyuklia vinavyofanya kazi duniani. Kweli, 45 kati yao hawajazalisha umeme kwa mwaka mmoja na nusu. Vinu vingi vya nyuklia viko Japan na Marekani. Jiografia yao kamili imewasilishwa kwenye ramani ifuatayo. Nchi zinazoendesha vinu vya nyuklia zimetiwa alama ya kijani, jumla ya idadi yao katika hali mahususi pia imeonyeshwa.
Maendeleo ya nishati ya nyuklia katika nchi mbalimbali
Kwa ujumla, kufikia 2014, kumekuwa na kuzorota kwa jumla kwa ukuzaji wa nishati ya nyuklia. Wanaoongoza katika ujenzi wa vinu vipya vya nyuklia ni nchi tatu: Urusi, India na Uchina. Kwa kuongezea, majimbo kadhaa ambayo hayana vinu vya nyuklia yanapanga kuvijenga katika siku za usoni. Hizi ni pamoja na Kazakhstan, Mongolia, Indonesia, Saudi Arabia na baadhi ya nchi za Afrika Kaskazini.
Kwa upande mwingine, baadhi ya mataifa yameanza kupunguza polepole idadi ya vinu vya nyuklia. Hizi ni pamoja na Ujerumani, Ubelgiji na Uswizi. Na katika baadhi ya nchi (Italia, Austria, Denmark, Uruguay) nguvu za nyuklia haziruhusiwi katika ngazi ya sheria.
Matatizo makuu ya nishati ya nyuklia
Kuna tatizo moja kubwa la kimazingira linalohusishwa na ukuzaji wa nishati ya nyuklia. Huu ndio unaoitwa uchafuzi wa joto wa mazingira. Kwa hiyo, kulingana na wataalam wengi, mitambo ya nyuklia hutoa joto zaidi kuliko mitambo ya nguvu ya joto ya uwezo sawa. Hatari zaidi ni uchafuzi wa maji kwa joto, ambayo huvuruga hali ya asili ya maisha ya viumbe hai na kusababisha kifo cha aina nyingi za samaki.
Suala jingine motomoto linalohusiana na nishati ya nyuklia linahusu usalama wa nyuklia kwa ujumla. Kwa mara ya kwanza, wanadamu walifikiria sana shida hii baada ya janga la Chernobyl mnamo 1986. Kanuni ya uendeshaji wa kinu cha nyuklia cha Chernobyl haikuwa tofauti sana na ile ya vinu vingine vya nyuklia. Hata hivyo, hili halikumwokoa kutokana na ajali kubwa na mbaya, ambayo ilihusisha madhara makubwa sana kwa Ulaya Mashariki nzima.
Aidha, hatari ya nishati ya nyuklia haikomei tu ajali zinazosababishwa na binadamu. Kwa hivyo, matatizo makubwa hutokea katika utupaji wa taka za nyuklia.
Faida za nishati ya nyuklia
Hata hivyo, wanaounga mkono ukuzaji wa nishati ya nyuklia pia wanataja faida za wazi za vinu vya nyuklia. Kwa hiyo, hasa, Shirika la Dunia la Nyuklia hivi karibuni limechapisha ripoti yake yenye data ya kuvutia sana. Kulingana naye, idadi ya maafa ya binadamu yanayoambatana na uzalishaji wa gigawati moja ya umeme kwenye vinu vya nishati ya nyuklia ni mara 43 chini ya mitambo ya jadi ya nishati ya joto.
Kuna manufaa mengine muhimu sawa. Yaani:
- uzazi wa umeme kwa bei nafuu;
- usafi wa mazingira wa nishati ya nyuklia (isipokuwa uchafuzi wa maji ya joto);
- ukosefu wa marejeleo madhubuti ya kijiografia ya mitambo ya nyuklia kwa vyanzo vikubwa vya nishati.
Badala ya hitimisho
Mnamo 1950, kinu cha kwanza cha nyuklia duniani kilijengwa. Kanuni ya uendeshaji wa mitambo ya nyuklia ni mgawanyiko wa atomi kwa msaada wa neutron. Mchakato huu hutoa kiasi kikubwa cha nishati.
Inaonekana kuwa nishati ya nyuklia ni msaada wa kipekee kwa wanadamu. Hata hivyo, historia imethibitisha vinginevyo. Hasa, majanga mawili makubwa - ajali katika kiwanda cha nguvu cha nyuklia cha Chernobyl mnamo 1986 na ajali katika kiwanda cha nguvu cha Kijapani cha Fukushima-1 mnamo 2011 - ilionyesha hatari inayoletwa na atomi ya "amani". Na nchi nyingi za ulimwengu leo zilianza kufikiria juu ya kukataliwa kwa sehemu au hata kabisa kwa nishati ya nyuklia.
