Atsako mokslininkai. Kuo ypatinga branduolinė energija

Atominėse elektrinėse generuojama energija gali būti pavojinga ir sukelti pražūtingų padarinių – tokią pamoką išmokome iš pasaulį sukrėtusių Černobylio ir Fukušimos katastrofų. Vis dėlto, šis energijos gavimo būdas yra vienas tvariausių ir efektyviausių – jo metu išsiskiriančios energijos kiekis yra daug kartų didesnis nei deginant iškastinį kurą, tuo pačiu metu nedarant tokios žalos aplinkai. LRT.lt kalbintas mokslininkas atsakė į svarbiausius klausimus apie branduolinę energiją – kuo ji naudinga ir kuo pavojinga.

Kas yra ir kaip veikia branduolinė energija?

Kaip aiškino Vilniaus universiteto fizikas dr. Rokas Dobužinskas, branduolinė energija yra gaunama skaldant arba jungiant atomų branduolius.

„Vaizdžiai kalbant, jei atomas būtų Katedros aikštės dydžio, tai branduolys būtų mažas gintaro gabalėlis vidury jos. Įvairių cheminių elementų branduolių dydis ir svoris yra skirtingas.

Sunkiuosius branduolius, tokius kaip uranas, toris ir kt., galima suskaldyti ir gauti milžiniškus energijos kiekius, palyginti su energija, atsirandančia cheminių reakcijų metu. Įprastai vykstant tiek branduolinėms, tiek cheminėms reakcijoms energija yra atiduodama cheminių junginių judesiui, t. y. vykstant šioms reakcijoms pakyla temperatūra.

Valdant šias reakcijas norima temperatūra gali būti panaudota šildymui arba su šia šiluma galima sukti garo mašinas, generuojančias elektrą. Skaldant branduolius išsiskiria apie 10 000 kartų daugiau energijos nei cheminių reakcijų metu, pavyzdžiui, išgaunamos energijos kiekiu piršto didumo urano kuro celė atitinka 1 toną anglies“, – LRT.lt aiškino mokslininkas.

Taigi, pasak jo, branduolinė energija yra neįtikėtinai koncentruota – net keli gramai radioaktyviosios medžiagos gali išskirti tūkstančius kartų daugiau energijos nei įprasti buitiniai ar pramoniniai šaltiniai.

R. Dobužinskas atkreipė dėmesį, kad šiuo metu pasaulyje vis dar dominuoja energijos gamyba deginant iškastinį kurą. Kadangi degimas yra cheminė reakcija, jos metu išskiriamas anglies dvideginis ir kitos nuodingos dujos ir tokiu būdu didinamas šiltnamio efektas ir tarša Žemės atmosferoje – o tai nėra, ko mes norime, kovodami su klimato kaita.

„Mūsų proseneliai praeito amžiaus pradžioje projektuodami pirmąsias branduolines jėgaines žinojo, kad iškastinis kuras nėra ilgalaikis ir tvarus būdas apsirūpinti energija. Iškasdami iš žemės gelmių anglies junginius ir milijardus tonų išmesdami į atmosferą (kita jų forma), sukuriame pokyčius, kurie gali būti negrįžtami visai Žemės ekosistemai.

Branduolinės jėgainės taip pat naudoja iškastinį kurą, tačiau branduolinių reakcijų metu į atmosferą šalutiniai produktai nėra išmetami, o sunaudojamas kuro kiekis dešimtimis tūkstančių kartų yra mažesnis“, – teigė fizikas.

Kuo pavojinga branduolinė energija?

Daugeliui žinoma, kad branduolinė energija turi ir tam tikrų pavojų. Kaip įvardijo R. Dobužinskas, dalindamiesi branduoliai sukuria daug radioaktyviųjų produktų, t. y. lengvesnių radioaktyviųjų branduolių, alfa, beta ir gama spinduliuotes, sukeliančias branduolinių reakcijų grandinę.

„Jeigu su šiais produktais nebus elgiamasi tinkamai, jie gali patekti į aplinką ir sukelti radioaktyviąją taršą. Klaidinga manyti, kad radiaciją sukuria tik atominės elektrinės. Atmosferoje taip pat vyrauja tam tikro dydžio radiacinis fonas, kurį sukuria kosminė spinduliuotė ar radioaktyviosios radono dujos iš Žemės gelmių.

Gyvi organizmai, įskaitant ir žmones, turi radioaktyviųjų branduolių, pavyzdžiui, anglis, kurios santykinė masė 12 g, turi radioaktyviąją dvynę, sveriančią 14 g, jos mažą kiekį visi turime, bet jos užtenka, kad galėtumėme plačiai taikyti V. F. Libio datavimo metodą.

Deja, pradėjus atominių bombų bandymus atmosferoje, radiacinis fonas buvo padidėjęs net tris kartus. Džiugu, kad tokie sprogdinimai yra sustabdyti, tačiau fonas Žemėje, nors ir sumažėjo, yra du kartus didesnis nei natūralus. Branduolinių jėgainių reakcijų metu radiacija į aplinką patenka žymiai mažesnė nei natūraliai esanti ir įtakos aplinkai nedaro. Įprastai reaktoriai yra apsaugomi storu betono sluoksniu su priemaišomis, gerai sugeriančiomis jonizuojančiąją spinduliuotę, o panaudotas kuras užkonservuojamas ir nepatenka į aplinką“, – sakė mokslininkas.

Kaip veikia atominės elektrinės?

R. Dobužinsko teigimu, branduolinės jėgainės dažniausiai naudoja sodrintą radioaktyvųjį elementą uraną-235. Branduolių skilimo metu išsiskiria daug energijos, ji priverčia atomus virpėti ir branduolinis reaktorius pradeda keisti.

Fizikas aiškino, jog dalis susikaupusios šilumos gali būti perduota garo varikliams ir generuoti elektrą. Yra įvairių tipų reaktorių, tačiau visų veikimo principas panašus: naudojamas branduolinis kuras ir įrankis, kuriuo stabdoma branduolinė reakcija, išsiskiria šiluma, kurią pageidaujame paversti elektra.

Visos šilumos elektra paversti nepavyksta, todėl sistema aušinama. Šie tikslai pasiekiami skirtingais būdais, pavyzdžiui, sustabdytoje Ignalinos atominėje elektrinėje tam buvo naudojami sodrinto urano-235 strypai, grafito strypai reakcijai stabdyti bei vanduo turbinoms sukti ir aušinti.

Mokslininkas taip pat įvardijo, jog branduolinė energija tiesiogiai elektros nesukuria. Reakcijos metu išsiskiria šiluma, kurios dalį galima paversti elektra, tačiau didžioji dalis visgi privalo būti aušinama.

„Gera žinia, kad buičiai ir pramonei daugiausia reikia šilumos, ypač šaltomis žiemomis, kai šildome patalpas. Efektyviai transportuodami nepanaudotą šilumą, galime pigiai šildyti didmiesčius ir gyvenvietes.

Su pertekline elektros energija tiek iš atsinaujinančiųjų, tiek iš branduolinių šaltinių galime elektrolizuoti „žaliąjį“ vandenilį, kurį galima kaupti ir naudoti kaip automobilių ir transporto degalus be žalingos įtakos klimatui“, – paaiškino R. Dobužinskas.

Mokslininkas tvirtino, jog valdant branduolines jėgaines didelių iššūkių nekyla, tiesiog svarbu tinkamai laikytis darbinio protokolo, kuris daugumoje elektrinių yra panašus ir per daugelį metų nusistovėjęs.

„JAV nemaža dalis elektrinių jau veikia daugiau kaip 50 metų ir numatoma, kad jos bus eksploatuojamos mažiausiai 80 metų. Į veikiančias branduolines jėgaines nuolat investuojama, nuolat stebimi ir taisomi defektai, bet pagrindiniai elementai nesidėvi ir daugelis elektrinių gauna sertifikatus toliau dirbti 20 metų. Branduolinės energetikos ilgaamžiškumą galima lyginti su hidroenergijos“, – LRT.lt sakė R. Dobužinskas.

Anot pašnekovo, branduolinių elektrinių dydžiai gali būti įvairūs. Prieš 50 metų, kai jos buvo intensyviai statomos ir technologijos buvo tobulinamos, sukurta įvairių dydžių reaktorių.

„Branduoline energija varomi povandeniniai laivai ir nemažai kosminių prietaisų. Statyti atomines elektrines užsakydavo didelės valstybės ir institucijos, buvo siekiama didelio apsirūpinimo ir ekonominės naudos, buvo reikalingos didelės investicijos, todėl kultūriškai atsitiko taip, kad elektrinės ir reaktoriai yra itin galingi. Dažniausiai vieno reaktoriaus galia yra apie 1 GW, o elektrines sudaro keli reaktoriai.

Pastaruoju metu kalbama apie mažo ir vidutinio dydžio reaktorius (iki 0.1 GW), kurie gamintų elektrą ir šildymą žiemą. Vasarą jas galima būtų pristabdyti ir taupyti kurą, kai nėra šildymo poreikio, o elektros prigaminti saulės elektrinėmis. Į mažas elektrines investuoti reikia mažiau ir jos gali priklausyti privačiam kapitalui, be abejo, su griežta valstybine saugos kontrole. Taip pat reikalingos naujovės, kurios visus įkvepia. Senieji reaktoriai buvo gaminami glaudžiai bendradarbiaujant su karine pramone, tačiau mokslininkai seniai pastebėjo, kad toris, kuris yra alternatyvus branduolinis kuras uranui, yra efektyvesnis, atliekos greičiau utilizuojamos ir, svarbiausia, jis nėra tinkamas atominiams ginklams gaminti. Šiuo metu torio jėgainės priskiriamos prie atsinaujinančiųjų išteklių“, – kalbėjo mokslininkas.

Energijos galima gauti ne tik skaldant, bet ir jungiant branduolius

Jis sakė, kad praėjusių metų gruodį pasirodė jaudinanti naujiena, jog pirmą kartą energija išgauta ne skaldant, o jungiant branduolius. Mokslininkai jau prieš šimtmetį buvo numatę, jog patys lengviausi vandenilio branduoliai susijungdami taip pat gali išskirti didžiulius energijos kiekius, didesnius nei skaldant urano branduolius.

„Saulė yra tokio reaktoriaus pavyzdys. Po ilgų metų bandymų laboratorijoje sukoncentruoti Saulėje vyraujančią temperatūrą galų gale prasiveržė teigiamos energijos pliūpsnis. Švitinant su didelio intensyvumo lazerine ultraspinduliuote, pavyko priartinti vandenilio branduolius vieną prie kito tiek, kad jie sudarytų ryšį ir išskirtų didesnę energiją, nei yra reikalinga reakcijai sukurti.

Tai ilgai mokslo ir energetikos entuziastų lauktas rezultatas. Pritaikę šią technologiją, galėtumėme pamiršti visus klausimus apie radioaktyviąsias atliekas ir įtaką klimatui. O Lietuvai tai ypač gera žinia, nes mūsų lazerių pramonė yra pirmaujanti pasaulyje, tad esame jau pakloję gerus pamatus“, – naujienomis dalinosi R. Dobužinskas.

Kas yra radioaktyviosios atliekos ir kas su jomis daroma?

Skaldant branduolius, lieka radioaktyviųjų atliekų – kokių ir kas su jomis daroma? Fizikas įvardijo, kad branduolinės atliekos skirstomos į tris rūšis.

Mažo intensyvumo atliekos yra darbiniai reikmenys ir drabužiai, vidutinio intensyvumo – reikalaujančios „sarkofago“, tačiau jų radioaktyvumas išblėsta per keletą metų. Didelio intensyvumo – atliekos, kurios suyra per daugelį metų ir jas reikėtų patalpinti giliai po žeme arba įkapsuliuoti storu sluoksniu betono.

„Didelio intensyvumo atliekas sudaro vos keli procentai visų atliekų ir 1 GW reaktorius prikaupia apie 3 kubinius metrus tokių atliekų per metus. Tokios pačios galios anglimi varoma elektrinė išmeta 10 mln. tonų CO₂ dujų per metus, neskaitant aplinkos taršos“, – pastebėjo R. Dobužinskas.

Branduolinė energija – būdas aplinkos taršai mažinti ir klimato kaitai stabdyti?

Sprendžiant klimato kaitos problemą, mokslininkų bendruomenėje užsimenama, kad būtent branduolinė energija yra geriausias sprendimas aplinkai. Anot LRT.lt kalbinto fiziko, nors branduolinė energija gali būti atsakymas, situacija daug sudėtingesnė.

„Lengva supainioti aplinkos taršą su viso pasaulio klimato kaita. Nors abu kelia susirūpinimą, klimato kaita skirtingus pasaulio kampelius veikia skirtingai. Įvairius civilizuotus regionus ji gali veikti ir teigiamai, ir neigiamai, tačiau ne vien mokslininkai supranta, kad milijardinis anglies dvideginio tonų pildymas kasmet lemia atmosferos pokyčius, kuriuos vargu ar atsuksime atgal.

Oro tarša juntama lokaliai ir kelia sveikatos problemų netoliese taršos šaltinių esantiems gyventojams. Panašu, kad branduolinė energetika išsprendžia abi problemas iš karto ir tai jau įrodo kelių dešimtmečių stebėjimai, tačiau realybė yra kur kas sudėtingesnė.

Iškastinis kuras gerokai prieinamesnis ir lengvai pritaikomas: naudojimui nereikalinga speciali architektūra, sertifikatai, ilgos mokymų valandos, kaip elgtis su medžiagomis, kaip apsisaugoti ir tausoti aplinką. Galų gale pokyčiai ateina palaipsniui, krizių metu atsiranda metas permąstyti, ar judame teisingu keliu. Svarbu visiems susitarti ir negriauti kitų žmonių svajonių ir gyvenimo. Besikeičiant požiūriui į atsinaujinančiąją ir branduolinę energetiką, galime tikėtis ilgalaikių tvarių sprendimų, net nepastebėsime, kaip iškastinis kuras taps muziejiniu reliktu“, – įžvalgomis pasidalino R. Dobužinskas.