Нуклеарна енергија

Од 2005. године помоћу нуклеарне енергије производи се 6,3% светске енергије те 15% светске струје, а САД, Француска и Јапан заједно дају 56,5% нуклеарне генериране електричне енергије.^[2] Године 2007. Међународна агенција за атомску енергију поднијела је извјештај о постојању 439 нуклеарних реактора у функцији у свету,^[3] koje rade u 31 državi.^[4] Од децембра 2009, свет је имао 436 реактора.^[37] Откад је комерцијална нуклеарна енергија почела средином 1950-их, 2008. је била прва година у којој ниједна нова нуклеарна електрана није прикључена на мрежу, иако су две прикључене 2009.^[37][38]

Годишња производња нуклеарне енергије је на лагано силазном тренду од 2007, падајући 1,8% 2009. на 2558 TWh, тако да је нуклеарна енергија покривала 13–14% свјетске потражње за електричном енергијом.^[1] Један фактор у смањењу удела нуклеарне енергије од 2007. било је дуготрајно искључење великих реактора у нуклеарној електрани Кашивазаки-Карива у Јапану након Нигата-Чуетсу-Оки потреса.^[1]

САД производи највише нуклеарне енергије, тако да нуклеарном енергијом покрива 19%^[39] своје потрошње електричне енергије, док Француска производи највећи постотак своје електричне енергије из нуклеарних реактора—80% од 2006.^[40] У Европској унији као целини, нуклеарна енергија осигурава 30% електричне енергије.^[41] Нуклеарна политика разликује се међу државама чланицама Еуропске уније, а неке, као што су Аустрија, Естонија, Ирска и Италија, немају активних нуклеарних електрана. У поређењу с тим, Француска има велик број таквих постројења, са 16 вишејединичних станица у тренутној употреби.

У САД, док је производња струје из угља и гаса пројектована тако да вреди 85 милијарди долара до 2013, нуклеарни генератори прорачунати су на 18 милијарди долара.^[42]

Многи ратни и неки цивилни (као што су неки ледоломци) бродови користе нуклеарни поморски погон, облик нуклеарног погона.^[43] Неколико свемирских летилица лансирано је користећи потпуно развијене нуклеарне реакторе: совјетска РОРСАТ серија и америчка SNAP-10A.

Међународна истраживања настављају се у сврху унапређивања сигурности као што су пасивно сигурне електране,^[16] кориштење нуклеарне фузије, и додатна кориштења топлоте процеса, као што је хидролиза (за подржавање водоникове економије), за десалинизацију морске воде и за кориштење у системима за централно грејање.

Спајање два атомска језгара назива се нуклеарна фузија. У нуклеарним фузијама могу учествовати само лаки елементи - они са само неколико протона и неутрона у језгру. При врло високим температурама два језгра водоника међусобно се сударају и настају тежа језгра хелијума која притом ослобађа енергију и одбацује се неутрон. Фузије се одвијају на Сунцу и другим звездама.

• Фузијски реактор

Научници још нису израдили практичан фузијски реактор. Прстенасти експериментални реактор назива се токамак (у облику торуса). Он загрева гасовити водоник на више милиона степени тако да се атомска језгра могу спајати.

Цепање језгра атома назива се нуклеарна фисија. Неки тешки елементи имају нестабилно језгро која се може навести на цепање бомбардовањем неутронима. Кад се језгра расцепе, ослобађају енергију и још неутрона који могу погодити друга језгра и тако започиње ланчана реакција.

• Фисијски реактор

Срце фисијског реактора ја чврст челични спремник, односно језгро. У језгру реактора одвија се низ фисијских реакција, такозвана ланчана реакција те се ствара велика количина топлоте. Расхладна течност која циркулише преузима ту топлоту и покреће генераторе. Генератори помоћу те топлоте претварају воду у млазове водене паре под високим притиском. Млазови воде покрећу турбинске моторе повезане с електричним генераторима.

• Расплодни реактор

Реактор који сам ствара гориво назива се расплодни реактор. Током ланчане реакције један део урана прелази у плутонијум који се такође може користити као нуклеарно гориво.

• Штапићи с нуклеарним горивом

Већина штапића с горивом састоји се од пелета или шипки изотопа урана - 235 који се држи у кућишту од легуре. Уран - 235 има 235 протона и неутрона у језгру својих атома.

Отпад од нуклеарног горива је опасно радиоактиван па се мора потопити на морско дно или закопати дубоко у земљу. Испитивање нуклеарног оружја и оштећење реактора могу узроковати дуготрајне здравствене опасности због ослобађања радиоактивног материјала у ваздух.

Енрико Ферми

Нуклеарни физичар италијанског порекла Енрико Ферми (1901—1945) напустио је Италију 1938. те наставио да живи и ради у САД. Године 1942. саградио је први нуклеарни реактор на напуштеном игралишту за сквош Универзитета у Чикагу. На том реактору Ферми је успео да изведе прву нуклеарну фисијску ланчану реакцију.

Свака електрана користи гориво за производњу енергије. Гориво може бити у облику гаса, угља, уља. Када се ради о нуклеарној електрани, енергија се производи уз помоћ нуклеарне фисионе реакције у унутрашњости реактора. Када се нуклеарна ланчана реакција контролише, енергија која се ослободи може да се користи за загревање воде, у циљу производње паре, која касније покреће турбину. Док се у нуклеарном реактору једне централе одвија контролисана реакција, нуклеарна бомба ради на принципу неконтролисане ланчане реакције.

У природном уранијуму, налази се око 0,7% уранијума 235, око 98% је уранијум 238, остали елементи чине само мали део.

Већина реактора је обогаћена са 3-4%, иако наравно неки реактори могу да користе природни или високо обогаћени уранијум. Пример реактора који користе обичан природни (необогаћени) уранијум је КАНДУ реактор.

Нуклеарна безбедност укључује следеће:

• Истраживање и тестирање о могућим инцидентима и хаваријама у нуклеарним електранама
• Опрему коју треба користити како не би дошло до инцидента
• Калкулацију вероватноће да до хаварије дође
• Какве мере треба предузети како би се запослени и околина заштитили у таквој, непредвидивој, ситуацији
• Демонстрација хаварија

Организација која се брине o томе да реактори, који данас раде у свету, буду безбедни се назива Међународна агенција за нуклеарну енергију, са седиштем у Бечу, Аустрија.