Bronies a ekologie - zachraňujete planetu?

[Claymon]

Když už Melg začal s tou Fukušimou, chtěl bych se podělit o názor na problematiku jaderných elektráren.
Dovolím si k tomu uvést základy okolo jaderných elektráren.

Jak asi všichni ví, mezi nejznámejší nehody jaderných elektráren patří bezpochyby Fukušima a Černobyl. (Nehod bylo samožřejmě víc, ale zde šlo spíše o pokusné typy reaktorů a prakticky bez následků.)

Kvůli čemu ale tyto nehody nastaly? Nejprve trochu teorie:

Velké elektrárny potřebují pro výrobu elektrické energie nejprve získat velké množství tepla. Kde jej ale vzít? Nejčastější řešením je spalování různých fosilních i živočišných paliv (hnědé/černé uhlí, plyn, biomasa).
V případě jaderné elektrárny vniká teplo takzvanou "řetězovou štepnou reakcí", která probíhá v jaderném reaktoru.

Jako palivo se používá obohacený uran. Abychom z něj získali potřebnou tepelnou energii, musíme jeho atomová jádra ostřelovat neutrony. Jádro se po zásahu neutronem rozštěpí, z čehož vzniká velké množství tepelné energie, dvě menší jádra a 2-3 nové neutrony. Tyto neutrony mohou při vhodných podmínkách štěpit další jádra uranu a vytvářet pokračovat dále v reakci. Takto vygenerovaný neutron má však příliš vysokou rychlost a k jeho využití pro další štěpení je potřeba tuto rychlost snížit. K tomu je využíván takzvaný moderátor, kterým je obyčejná voda.
Pokud bysme však tuto reakci nechali volně běžet, brzy bychom množství generované tepelné energie nebyli schopni využít ani uchladit, což by mělo za následek roztavení celého reaktoru. Proto je využívána druhá látka, kterou je absorbátor. Jeho vlastností je pohlcování uvolněných neutronů, čím udržuje hodnotu štěpné reakce na konstantní hodnotě.

Obr.1 - Řetězová štěpná reakce

Jaderné elektrárny využívají primárně dva typy reaktorů a těmi jsou BWR (varný reaktor) a PWR (vodo-vodní reaktor)

Jejich princip získávání energie byl popsán výše a je pro oba systémy identický. Rozdíl je zde však v uspořádání zbytku elektrárny.

BWR
Jedná se jednookruhové uspořádání. Voda kromě moderování neutronů má navíc funkci odvodu a přenášení tepla. Ohřátím se mění v páru a je odváděna k turbíně, na kterou pod velkým tlakem vyexpanduje, čímž dochází k jejímu roztočení (principelně jako když voda roztáčí mlýnské kolo). Takto roztočená turbína je přes hřídel spojena s generátorem, který rotační energii mění na energii elektrickou. Pára je po expanzi ochlazena, kondenzuje zpět do kapalného stavu a je odváděna opět do reaktoru.

Obr.2 - Schéma BWR

PWR
Jedná se o dvouokruhové uspořádání. Oproti BWR má jeden (primár) okruh s vodou, ve kterém je velmi vysoký tlak a proto po ohřátí vody nedochází k její proměně v páru, ale zůstává nadále v kapalném stavu. Takto ohřátá voda předává svoje teplo druhému okruhu (sekundár) v parogenerátoru, což je tepelný výměník ve kterém nedochází k přímému kontaktu obou okruhů (představte si, že byste vytápěli bazén radiátorem). Voda v sekundáru má však mnohem nižší tlak než v primáru, a proto po předání tepelné energie dochází k přeměně v páru. Zbytek principu je již stejný jako u BWR. Voda v primárním okruhu se po předání tepla vrací zpět do reaktoru a pára v sekundáru po expanzi a ochlazení do parogenerátoru.

Obr.3 - Schéma PWR

V každém případě je během provozu nutné tepelnou energii vyráběnou reaktorem odvádět, aby nedošlo k jeho poškození následkem vysoké teploty. Veškerý pohyb vody v jakémkoliv okruhu je prováděn pomocí elektrických čerpadel, které jsou primárně napájeny elektrickou energií vyráběnou generátorem. V případě havárie je tudíž nutné udělat primárně dvě věci:

1/ Zastavit štěpnou reakci - Pomocí absorbátoru, který je schopen reakci přerušit.
V případě, že tato metoda selže (viz Černobyl). Je možné zastavit reakci odpařením vody z okruhu reaktoru (což jde provést jen u PWR reaktorů, neboť množství vody u BWR je na odpaření moc velké), čímž probíhající reakce přijde o moderátor a zastaví se.


2/ Chladit, chladit, chladit - Samotné zastavení reakce však nestačí. I po jejím aktivním zastavení reakce ještě několik hodin s velkou intenzitou, a déle s intenzitou menší, probíhá.

Obr.4 - Tepelný výkon produkový zbytkovým teplem štěpné reakce (zdroj Dušan Kobylka pro Technet)

Pokud splníme tyto podmínky a na elektrárnu nespadne meteorit (a možná ani poté ne), je vše v pořádku. Nyní však probereme právě naše dva známé případy, kdy za různých okolností k dodržení těchto opatření nedošlo.

Fukušima - provedení 6x reaktor BWR

Havárie elektrárny fukušima byla způsobena zemětřesením o síle 8,9 stupňě Richterovy škály. Během zemětřesení zapracovaly ochrany a reaktory byly pomocí absorbátorů odstaveny z provozu a napájení čerpadel provozováno z jiných zdrojů (síť, dieselagregáty). O hodinu později dorazila k elektrárně vlna tsunami o výšce přibližně 15m. To mělo za následek vyřazení jak napájení ze sítě, tak zatopení záložních dieselových generátorů. Chlazení bylo od té doby prováděno pouze přirozeným tahem díky ohřívání vody, což mělo za následek postupné zvyšování teploty i tlaku v okruhu a bylo nutné páru odpouštět, čímž se však zmenšovalo množství chladícího média.
Dalším problémem bylo zirkonium, kterým byl pokryt povrch obalu reaktoru a který fungoval jako ochrana proti radiaci. Vlivem vysoké teploty zoxidoval a rozložil se na oxid zirkoničitý a vodík. Výbuchy vodíku při odpouštění páry násdledně zničily reaktorové sály, avšak samotné reaktory zůstaly nepoškozeny. Pro chlazení reaktorů začíná být používána mořská voda. K nejhoršímu poškození došlo na reaktoru č.2, kde vznikla trhlina, která byla následně opravena pomocí tekutého skla. Největším únikem radiace bylo proto vypuštění lehce kontaminované vody do oceánu z důvodu uvolnění místa.

Různé zdroje a různá měření udávají rozdílné výsledky naměřeného úniku radioaktivity. Všeobecně ale japonsko provedlo evakuaci i bezpečností opatření velmi kvalitně a vzhledem k velmi nepříznivým okolnostem zvládlo následky silně minimalizovat.


Černobyl - 4x reaktor LWGR

Typ reaktoru využívaný v černobylu se v dnešní době již téměř nepoužívá, neboť jako moderátor nebyla použita voda ale grafit, což dělalo reakci mnohem těžší na zastavení
Za nehodou nestála přírodní katastrofa, ale lidský faktor, respective velké množství po sobě následujících lidských faktorů. Veškeré chyby zde:

[1]Jaderná havárie v Černobylu byla způsobena zásadními chybami personálu, který obsluhoval 4. blok atomové elektrárny. Prvním prohřeškem proti předpisům, který vedl ke spuštění jaderné havárie, bylo dlouhodobé odpojení systému havarijního chlazení krátce poté, co bylo zahájeno snižování výkonu reaktoru. Tato chyba však průběh dalších událostí neovlivnila.

Jadernou havárii v Černobylu ale způsobily i další příčiny - další chybou operátorů byl prudký pokles výkonu jaderného reaktoru až na 30 MWt, čímž došlo k téměř úplnému zastavení reakce v reaktoru. V tu chvíli měli operátoři ukončit prováděný experiment a reaktor definitivně odstavit, protože jej dostali do nestabilního stavu, mimo oblast povoleného provozu. Už tím se značně zvýšilo riziko jaderné havárie. Operátoři však učinili vážnou chybu, protože se rozhodli v experimentu pokračovat. Výkon se pak stabilizoval na 200 MWt, tedy ve stavu, v jakém byl provoz reaktoru zakázán.

Tím byla jaderná havárie v Černobylu nevyhnutelná. Poklesl tlak a dále se zvyšoval výkon jaderného reaktoru. Operátoři se však dopustili další zásadní chyby, protože zablokovali antihavarijní ochranu, která by jinak v tuto chvíli reaktor automaticky odstavila z provozu.

Další vážná chyba operátorů Černobylu nastala, když zjistili, že v aktivní zóně jaderného reaktoru je spuštěna jen polovina z minimálního povoleného počtu regulačních tyčí. Přestože podle předpisů pro provoz atomové elektrárny měli okamžitě odstavit reaktor, neučinili tak a pokračovali dál v experimentu.

To už se černobylská jaderná havárie neodvratně blížila. Poslední a osudové chyby se operátoři elektrárny Černobyl dopustili tím, že zablokovali havarijní signál, který by při uzavření přívodu páry na turbínu automaticky odstavil reaktor. Následně uzavřeli přívod páry a zahájili experiment. Během minuty došlo ke dvěma výbuchům.

Zdroj:[1] http://www.cernobyl-havarie.cz/

Jedná se o nejhorší jadernou nehodu vůbec. Reakce na čtvrtém zničeném reaktoru, zalitá velkou vrstvou betonu, pomalu dobíhá dodnes.


Závěrem: Po událostech ve fukušimě bylo nařízeno provedení STRESS testů na všech jaderných elektrárnách. Nebyly moc úspěšné, neboť se jednalo spíše o politický akt a testy neměly zavedenou žádnou oficiální metodiku provádění.
Tyto nehody nám však ukázaly, že si nikdy nemůžeme být ničím jisti a je potřeba držet technický stav zařízení, proškolenost personálu i dimenzování vlastností vzhledem k okolním přírodním podmínkám na vysoké úrovni.
Věc druhá. Lepší zdroj v poměru cena/výkon v dnešní době prostě nemáme (a v nejbližší době mít nejspíš ani nebudeme).

Pokud by někoho zajímalo cokoliv z problematiky elektrárenství a energetiky, napiště PM a na dotazy rád odpovím (pokud budu samozřejmě odpověď znát )


@Třídění:
Plastové lahve do žlutého kontejneru
Skleněné lahve do tesca (jsou přeci zálohovaný)

@Pralesy/ryby:
Bohužel se stále rozrůstáme a oproti dřívějším dobám jsou fyzicky i soběstačně slabší kusy zachraňovány. Lidstvo prostě jednou sejde na vlastní humánnost. S tím je bohužel těžké pořízení.