Energia nucleară – Trecut, prezent și viitor

Viața modernă actuală necesită cantități impresionante de energie electrică, fără de care nu ar funcționa majoritatea dispozitivelor pe care oamenii le folosesc atât acasă, cât și la locul de muncă. De-a lungul timpului au apărut diferite modalități de producere a curentului electric, cea mai folosită fiind arderea combustibililor fosili, cum ar fi cărbunele sau petrolul. Din păcate, această variantă are numeroase urmări negative asupra sănătății umane, a climatului și ecologiei planetei. De aceea, au apărut și variante alternative, cum ar fi folosirea energiei nucleare, un tip cu emisii de gaze cu efect de seră reduse și care poate oferi cantități impresionante de energie. 

Pentru a înțelege mai bine această tehnologie, ar fi bine să afli informații interesante despre istoricul ei, să descoperi care sunt principiile de funcționare și ce rezervă umanității viitorul în legătură cu energia nucleară.

Istoricul energiei nucleare

Deși pare o tehnologie modernă, preocuparea în legătură cu energia nucleară are o vechime de peste 100 de ani. Primele cercetări în acest domeniu au fost legate de descoperirea radioactivității de către Wilhelm Conrad Röntgen în 1895, cercetătorul care a reușit să producă razele de tip X. 

De remarcat a fost activitatea lui Henri Becquerel, care a aflat că uraniul emite radiații de tip alfa și beta. Ca o curiozitate, această descoperire a fost întâmplătoare, Becquerel observând că o placă fotografică închisă într-un plic prin care nu trecea lumina a fost înnegrită de o bucată de minereu ce conținea uraniu. 

Un rol esențial l-au avut soții Pierre și Marie Curie care, la sfârșitul secolului al XIX-lea, au reușit să extragă plutoniul și radiul, dând numele de radioactivitate fenomenului prin care anumite substanțe chimice emiteau radiații de mare putere. 

În primii 40 de ani ai secolului XX descoperirile au fost destul de lente, fiind mai ales reprezentate de experimente de mici dimensiuni, care au reușit să arate existența fisiunii atomilor de uraniu. Al Doilea Război Mondial a fost un catalizator al cercetărilor în domeniul nuclear, datorită încercărilor din mai multe țări de a produce o bombă puternică, bazată pe energia emisă în momentul fisiunii atomilor de uraniu. 

În fruntea acestor cercetări s-au aflat fizicienii din SUA, aceștia reușind în 1945 să testeze prima bombă atomică bazată pe fisiunea atomilor de uraniu 235. La scurt timp, două bombe atomice au fost detonate asupra unor orașe japoneze, Hiroshima și Nagasaki, ceea ce a arătat întregii lumi puterea extraordinară a fisiunii atomilor. 

După sfârșitul războiului, eforturile au fost continuate atât în domeniul militar, marile puteri ale globului manufacturând o cantitate impresionantă de bombe atomice, cât și în domeniul civil, unde s-a încercat folosirea energiei eliberate pentru producerea de curent electric. Un rol important în construirea centralelor atomoelectrice comerciale l-a avut descoperirea unor modalități de controlare a reacțiilor prin intermediul unor materiale care absorb neutronii și, astfel, pot limita sau chiar opri o reacție de acest gen. 

Primul reactor nuclear care a produs energie a fost unul experimental, construit în SUA, în 1951, dar prima centrală atomică adevărată a fost ridicată în URSS, în 1954, și avea o putere de 5 Mwe. După 1960 au apărut mai multe modele de reactoare atomice, inspirate din cele militare, din ce în ce mai puternice și mai sigure, care au început să producă, în cantități impresionante și într-un mod continuu, fără întrerupere, curent electric la prețuri accesibile.

În prezent, aproximativ 20% din producția de curent electric provine din centralele atomoelectrice, existând aproape 500 de astfel de dispozitive în numeroase state ale lumii, dintre care 6 (SUA, Franța, Germania, Rusia, Japonia, Coreea de Sud) generează aproape trei sferturi din cantitatea totală de energie electrică produsă în acest mod.

Principiile de funcționare ale energiei nucleare

La baza producerii energiei electrice prin fisiunea sau fuziunea atomilor stă energia din nucleu, din acea parte centrală a atomilor care formează întreaga materie din jur. Forța care ține împreună particulele din nucleu poate fi colectată prin intermediul unui reactor nuclear, în care se introduc substanțe radioactive, ca, de exemplu, uraniul. Prin diferite metode, atomii grei de uraniu sunt rupți în doi atomi mai ușori, concomitent eliberându-se o cantitate impresionantă de energie sub forma căldurii și a radiației. Această căldură poate fi transformată prin procedee clasice în curent electric, ce poate fi folosit în aprovizionarea oricăror instalații electrice. 

Ce este energia nucleară

Energia nucleară, cunoscută și sub numele de ”forță puternică”, este prezentă în orice atom, dar poate fi folosită doar în cazul atomilor grei, cum ar fi uraniul sau plutoniul. Prin intermediul fisiunii atomice, care poate fi controlată cu ajutorul unui reactor nuclear, se poate obține o reacție în lanț care se întreține singură și care oferă energie. Dacă reacția nu este controlată, apare o explozie atomică prin eliberarea energiei într-o fracțiune de secundă și nu într-o perioadă mai lungă de timp, ca în cazul fisiunii controlate. 

O altă formă de energie nucleară este fuziunea a doi atomi de hidrogen sau a izotopilor lui (deteriu și tritiu), care eliberează cantități mai mari de energie decât în cazul fisiunii. Acest tip de reacție este cel care asigură funcționarea Soarelui. Fuziunea artificială a fost realizată prima dată de om prin producerea bombelor termonucleare (bombe cu hidrogen), care sunt mult mai puternice decât cele cu fisiune. Folosirea principiului pentru producerea curentului electric este încă la stadiul de experiment, în ultimii ani făcându-se un progres important, ceea ce permite ca, în viitorul apropiat, să poată să fie produse cantități impresionante de energie electrică, fără emisie de radiații și la prețuri foarte mici. 

Cum funcționează o centrală nucleară

Centralele atomoelectrice sunt folosite în multe țări dezvoltate, chiar și în România (la Cernavodă), pe post de generatoare de energie nepoluantă. O astfel de centrală funcționează pe baza unor principii fizice bine stabilite și cu numeroase metode de eliminare a riscurilor:

• Într-un reactor foarte rezistent se introduc cilindri de uraniu asupra cărora este îndreptată o emisie de neutroni, care duce la apariția unei reacții în lanț, ce se autoîntreține. Prin ruperea atomilor de uraniu se produce și căldură, dar și radiații nedorite;
• Căldura emisă în urma reacției încălzește o rețea de apă aflată sub presiune la aproximativ 300 de grade;
• Apa foarte fierbinte este circulată printr-un dispozitiv care încălzește o altă rețea de apă aflată la presiune normală. În acest mod se formează abur, prin fierberea apei la presiune mică;
• Aburul trece printr-o turbină pe care o învârte foarte rapid, turbină conectată la un generator ce produce curent electric, iar apoi acesta este răcit și refolosit;
• Energia electrică este transmisă prin intermediul liniilor de înaltă tensiune în rețeaua comercială, către clienți. 

Materialele folosite în această industrie sunt supuse unora dintre cele mai stricte condiții de calitate din lume, având în vedere dezastrele care pot fi cauzate de o eroare în procesul de prelucrare și producție.

Există patru tipuri principale de reactoare nucleare, dar toate respectă schema de mai sus, bazându-se pe energia eliberată din fisiunea atomilor de uraniu și folosirea căldurii emanate cu acest prilej. 

Avantajele și dezavantajele energiei nucleare

Folosirea energiei nucleare în scopuri pașnice are o istorie îndelungată, de aproape 70 de ani, perioadă în care numeroasele avantaje pe care aceasta le oferă au făcut-o să fie utilizată cu precădere în statele dezvoltate care doreau să dea curent electric populației, fără emisia unor gaze cu efect de seră, precum cele apărute în urma arderii combustibililor fosili. 

• Combustibilul pentru centralele atomoelectrice reprezentat de uraniu este foarte dens energetic. De exemplu, un gram de uraniu produce o energie echivalentă cu arderea a 18 litri de benzină, iar un kilogram poate înlocui arderea a 100 de tone de cărbune;

• Deși investițiile necesare construirii unei centrale atomoelectrice sunt destul de mari, costurile se amortizează în timp, deoarece acest tip de centrală are o durată de viață îndelungată, de cel puțin 50 de ani, iar întreținerea și producerea curentului electric este ieftină, datorită procesului tehnologic simplu și a cantităților reduse de combustibil;

• Disponibilitatea acestei energii 24 de ore din 24 este importantă pentru viața modernă, iar această centrală poate funcționa neîntrerupt, fără niciun fel de probleme, aprovizionarea cu combustibil făcându-se la perioade lungi de timp;

• Producerea energiei atomoelectrice luptă împotriva încălzirii globale, pentru că fisiunea uraniului nu produce gaze cu efect de seră. De fapt, singurele momente în care aceste emisii apar sunt cele prilejuite de construirea centralei și de producerea combustibilului;

• Asigură independență energetică țărilor; 

• Produce o cantitate foarte mică de deșeuri.

Dezavantajele sunt mai puțin vizibile, dar pot duce la apariția unor evenimente extrem de grave dacă nu se iau toate măsurile pentru eliminarea riscurilor tehnologiei. Cel mai mare pericol este cel al accidentelor și al dezastrelor naturale, care pot apărea și au apărut, chiar dacă s-au făcut eforturi extraordinare ca acestea să nu aibă loc. 

Cele mai semnificative astfel de probleme au fost accidentul de la Cernobîl din 1986 și cel de la Fukushima din 2011. În 1986, din cauza unei erori umane, aburul din interiorul reactorului a produs o explozie puternică, ceea ce a dus la eliminarea în împrejurimi și în atmosferă a unor cantități impresionante de materiale radioactive. Aproximativ 100 000 de oameni au fost evacuați din împrejurimi, zona fiind, până în prezent, nelocuită. Alte sute de mii de oameni au fost afectați de radiațiile emise, praful radioactiv ajungând până în țări din Vestul Europei.

În 2011, din cauza unui cutremur urmat de un tsunami devastator, centrala atomoelectrică de la Fukushima, din Japonia, a suferit câteva explozii ale reactoarelor care au dus la deversarea în mediul înconjurător a materialelor radioactive, cu potențial extrem de grav asupra vieții. Nici în prezent situația nu a fost rezolvată, fiind necesară eliminarea în ocean a apei contaminate, folosită pentru răcirea reactoarelor distruse. 

Alte dezavantaje ale utilizării energiei nucleare:

• Uraniul este un combustibil neregenerabil, rezervele mondiale nefiind suficiente pentru satisfacerea tuturor nevoilor;
• În urma reacțiilor nucleare se produc cantități mari de resturi radioactive, care sunt periculoase mii de ani și care pot afecta viața dacă nu sunt depozitate într-un mod corespunzător, ceea ce presupune cheltuirea unor sume de bani suplimentare;
• Producerea combustibilului (uraniu) este un proces tehnologic poluant;
• Deșeurile rămase în urma producerii curentului electric pot fi folosite pentru producerea armelor atomice.

Viitorul energiei nucleare în lume

După apariția centralelor atomoelectrice în anii ‘50, mulți oameni de știință au susținut că viitorul umanității depinde de energia nucleară, ceea ce a făcut ca multe țări să facă investiții imense în această privință. Astfel, s-a ajuns ca unele țări să producă aproape tot curentul electric necesar în acest mod, un exemplu în acest sens fiind Franța. Perioada de optimism a fost urmată în anii ‘80 de o renunțare la noi proiecte în acest domeniu, cauza principală fiind accidentul de la Cernobîl, dar și alte incidente nu atât de distructive, care au arătat, totuși, potențialul periculos al tehnologiei. 

În ultimii ani, odată cu înmulțirea discuțiilor cu privire la încălzirea globală și a problemelor mediului înconjurător, a fost reluată activitatea de planificare și de construire a unor noi centrale atomoelectrice. Viitorul pare optimist în această privință, mai ales prin introducerea noii generații de reactoare, mai sigure și mai eficiente. În ultimii 70 de ani, omenirea a folosit reactoare nucleare de trei tipuri, urmând ca în viitor să se introducă alte două tipuri inovative:

• Generația întâi a fost reprezentată de prototipuri timpurii (anii 50-60);
• Generația a doua a fost cea a primelor reactoare comerciale din anii 70-80 ale secolului al XX-lea, care produceau mai multă energie electrică, dar care erau susceptibile apariției unor accidente;
• Generația a treia, cea a reactoarelor construite în prezent, care se bazează pe elemente de siguranță superioare;
• Generația trei plus, care va apărea în următorii ani, și care se bazează pe un design revoluționar;
• Generația a patra, care are la bază un design revoluționar și care va apărea, probabil, după anul 2030. 

În concluzie, energia nucleară nu și-a spus ultimul cuvânt și va continua să fie folosită mult timp de acum înainte, mai ales în condițiile în care se pun la punct tehnologii din ce în ce mai avansate și mai inovative.

Surse foto: pixabay.com, ro.pinterest.com

• Mascarea țevilor din baie, o soluție de design care îți salvează sănătatea
• Mascarea țevilor de la centrala termică – sfaturi și idei utile!
• Transportul prin conducte – Ce se transportă prin conducte și ce tip de țevi se utilizează, de la caz la caz
• Țeava trasă versus țeava sudată – care sunt principalele diferențe?
• Izolația țevilor exterioare de apă împotriva înghețului – Soluții pentru o instalație durabilă