Tuesday, 19 May 2009

Μια νέα αρχή για την πυρηνική ενέργεια (1ο μέρος)

Παρά την περιβαλλοντικά μη φιλική εικόνα της, η πυρηνική ενέργεια είναι σταθερά στην ημερήσια διάταξη της παραγωγής ενέργειας χάρις στην ανάγκη να κοπούν οι εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα. Παρακάτω περιγράφεται πως η επόμενη γενεά των σταθμών πυρηνικής ενέργειας θα είναι καθαρότερη και αποδοτικότερη από ποτέ.
Η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας είναι ριζωμένη σε μια από τις πιο θεμελιώδεις ιδέες της νευτώνειας φυσικής: δεν υπάρχει καμία δράση χωρίς μια αντίδραση. Για να το θέσουμε απλά, δεν μπορούμε να συνεχίσουμε να στέλνουμε διοξείδιο του άνθρακα και άλλους ρύπους, που παράγονται από την καύση των ορυκτών καυσίμων, στο περιβάλλον μας χωρίς να υποστούμε τις συνέπειες. Οι περιβαλλοντικοί επιστήμονες είχαν δώσει έμφαση σε αυτό το πρόβλημα για πολύ καιρό τώρα, αλλά μόνο τώρα οι κυβερνήσεις δίνουν στο ζήτημα αυτό την προσοχή που του αξίζει. Η προκαλούμενη από τον άνθρωπο αλλαγή του κλίματος είναι μια από τις μέγιστες απειλές στην όψη του πλανήτη μας, και υπολογίζεται ήδη πως είναι αρμόδια για πάνω από 160.000 θανάτους παγκοσμίως κάθε χρόνο, ως αποτέλεσμα του καύσωνα, της πλημμύρας και της καταστροφής των συγκομιδών.

Βέβαια για την αντιμετώπιση της παγκόσμιας αύξησης της θερμοκρασίας αντιμετωπίζουμε ένα δίλημμα. Τα ορυκτά καύσιμα προσφέρουν τουλάχιστον το 85% των συνολικών ενεργειακών αναγκών μας, από την ηλεκτρική ενέργεια έως την παραγωγή των αγαθών και του ανεφοδιασμού μας με τρόφιμα. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως αυτές που χρησιμοποιούν τον ήλιο, τον άνεμο και τα κύματα της θάλασσας, μπορούν να βοηθήσουν ώστε να μειωθεί η εξάρτησή μας από τα ορυκτά καύσιμα, αλλά η 'αναξιόπιστη' φύση και η συχνά χαμηλή παραγωγή τους σημαίνει ότι μπορούν να προσφέρουν ένα μικρό μόνο μέρος της ενέργειας. Πράγματι, οι περισσότερες μορφές της ανανεώσιμης ενέργειας έχουν μια σημαντική περιβαλλοντική δική τους επίδραση - παραδείγματος χάριν με την παραμόρφωση του τοπίου ή με τον κίνδυνο καταστροφής της άγριας φύσης. Απαιτούν, επίσης, να υπάρχουν ορυκτά καύσιμα στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, ώστε να είναι σε εφεδρεία όταν η παραγωγή είναι χαμηλή, παραδείγματος χάριν όταν δεν παράγουν οι ανεμοστρόβιλοι ενέργεια όταν δεν φυσάει.

Ευτυχώς, υπάρχει μια άλλη επιλογή για να αντιμετωπιστεί η διαγραφόμενη ενεργειακή κρίση μας: η πυρηνική ενέργεια.

Στο ατομικό επίπεδο, η θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται από μια διάσπαση ενός βαρύ πυρήνα είναι 200 MeV, έναντι λίγων μόνο ηλεκτρόνιο-βολτ που παράγονται κάθε φορά που διασπάται ένα μόριο υδρογονάνθρακα με την καύση των ορυκτών καυσίμων. Κατά συνέπεια, ένας σβόλος πυρηνικού καυσίμου πλάτους 1 εκατοστού μπορεί να παραγάγει το ίδιο ποσό ηλεκτρικής ενέργειας με 1,5 τόνους άνθρακα. Επιπλέον, η πυρηνική ενέργεια παράγει λίγα ποσά αποβλήτων, σε αντιδιαστολή με τους τεράστιους όγκους των ρύπων που ελευθερώνονται ανεξέλεγκτα στο περιβάλλον, με τα ορυκτά καύσιμα. Αν και τα πυρηνικά απόβλητα είναι τοξικότερα από αυτούς τους ρύπους, μπορούν τουλάχιστον να κλειστούν μέσα σε ένα δοχείο εντελώς.

Η πυρηνική ενέργεια ήρθε προς το τέλος της δεκαετίας του '50 και την δεκαετία του '60, με την κατασκευή πολλών σταθμών πυρηνικής ενέργειας σε όλο τον κόσμο. Εντούτοις, οι περιβαλλοντικοί κίνδυνοι που συνδέονται με τα πυρηνικά απόβλητα ήταν πάντα ένα επιχείρημα ενάντια στην πυρηνική ενέργεια. Συνδυασμένη με το ατύχημα του Τσέρνομπιλ το 1986 και τις δυνάμεις της αγοράς στον τομέα της ενέργειας (τεράστια συμφέροντα των πετρελαϊκών πολυεθνικών), η πυρηνική βιομηχανία μειώθηκε στη δεκαετία του '80 και του '90. Αλλά η παλίρροια της πυρηνικής ενέργειας εμφανίζεται και πάλι. Το 2007, παραδείγματος χάριν, η βρετανική κυβέρνηση επεσήμανε την πρόθεσή της να κτίσει έναν νέο στόλο σταθμών πυρηνικής ενέργειας, και διάφορες άλλες χώρες, συμπεριλαμβανομένης της Κίνας, της Φινλανδίας, της Γαλλίας, της Ινδίας και της Ρωσίας, έχουν αναγγείλει ή ακόμα και έχουν αρχίσει την κατασκευή νέων αντιδραστήρων.

Και δεν είναι μόνο η επείγουσα ανάγκη να καταπολεμηθεί η αλλαγή του κλίματος, που τροφοδοτεί αυτήν την πυρηνική αναγέννηση. Τα οικονομικά επιχειρήματα βασισμένα στις αυξανόμενες συνεχώς τιμές του αερίου και του πετρελαίου, συν τα στρατηγικά ενδιαφέροντα για την εξασφάλιση των χωρών με έναν σταθερό ενεργειακό ανεφοδιασμό, είναι σημαντικοί επίσης παράγοντες. Στην πραγματικότητα, είναι τόσο ισχυρά αυτά τα οικονομικά και στρατηγικά επιχειρήματα που φαίνεται τώρα αδύνατο να παρουσιαστεί μια ρεαλιστική λύση στις ενεργειακές ανάγκες μας, χωρίς η πυρηνική ενέργεια να διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο για άλλη μια φορά. Και όπου υπάρχει πυρηνική ενέργεια, υπάρχουν φυσικοί.

Η ιστορία των πυρηνικών αντιδραστήρων
Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες τροφοδοτούνται από την ενέργεια που απελευθερώνεται στην πυρηνική διάσπαση. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει νετρόνια που στοχεύουν πάνω σε πυρήνες ουρανίου-235, οι οποίοι μετατρέπονται σε πυρήνες ουρανίου-236. Ο τελευταίος πυρήνας είναι ασταθής οπότε διασπάται σε δύο μεσαίου βάρους πυρήνες συν δύο ή τρία πρόσθετα νετρόνια σε κάθε γεγονός διάσπασης. Η μικρή διαφορά μάζας μεταξύ των τελικών προϊόντων και των αρχικών (του νετρονίου συν του πυρήνα ουρανίου-235) απελευθερώνεται κυρίως ως κινητική ενέργεια των νετρονίων μέσω της διάσημης εξίσωσης του Einstein.

Η κινητική ενέργεια των προϊόντων σχάσης παράγουν πολλή θερμότητα όταν συγκρούονται με τα περιβάλλοντα άτομα. Αυτή η θερμότητα μεταφέρεται από ένα ψυκτικό μέσο - όπως είναι το διοξείδιο του άνθρακα ή το νερό (το αρχικό κύκλωμα του ψυκτικού μέσου), και μετά χρησιμοποιείται σε λέβητες ενός δεύτερου κυκλώματος, όπου οι ατμοί του περιστρέφουν ένα στρόβιλο για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος - ακριβώς όπως γίνεται σε έναν σταθμό παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος βασισμένο σε πετρέλαιο. Από τα νετρόνια που απελευθερώνονται, μερικά θα δραπετεύσουν από τον αντιδραστήρα ενώ μερικά απορροφώνται από άλλους πυρήνες ουρανίου, και έτσι προκαλούν μια αλυσιδωτή αντίδραση. Για να διατηρηθεί αυτή η διαδικασία υπό έλεγχο οι περισσότεροι αντιδραστήρες απαιτούν ένα υλικό επιβράδυνσης των νετρονίων - συνήθως από γραφίτη ή νερό επειδή τα ελαφριά άτομά τους μπορούν να απορροφήσουν την κινητική ενέργεια των νετρονίων.

Πηγές: PhysicsWorld, Physics4u

No comments: