Poluarea Radioactivă a Mediului de către Industria Nucleară

Dublarea necesităţilor de energie electrică, la fiecare 12-13 ani, a făcut să crească brusc interesul pentru reactorii nucleari, impunând dezvoltarea centralelor nuclearo-electrice, creşterea competitivităţii energiei electrice de origine nucleară şi ridicarea continuă a performanţelor atinse de reactorii acestor centrale, ca temperatura şi presiunea agentului transportor de căldură, a puterii instalate pe unitatea de masă a zonei active a reactorului.

Centralele nucleare sunt astfel proiectate încât să cuprindă sisteme care să prevină producerea accidentelor nucleare. Acestea sunt dispuse “în linie”, astfel încât, dacă un sistem de protecţie se defectează, un altul să îi ia locul şi aşa mai departe.Este posibil ca toate sistemele din “linia” de protecţie să cadă unul după celălalt, dar probabilitatea producerii unui astfel de eveniment este extrem de mică.

1. Principiul de funcţionare

Centrala nuclearo-electrică este un ansamblu de instalaţii şi construcţii reunite în scopul producerii energiei electrice pe baza folosirii energiei nucleare.Obţinerea energiei nucleare se bazează pe reacţia de fisiune (descompunere) nucleară în lanţ.Instalaţia care asigură condiţiile de obţinere şi menţinere a reacţiei în lanţ este reactorul nuclear.În principiu, reactorul se compune dintr-o parte centrală numită zonă activă, în care are loc reacţia de fisiune şi se dezvoltă căldura de reacţie.

Zona activă conţine combustibilul nuclear alcătuit din izotopi fisionabili (U235, Pu239) şi materiale fertile (U238, U232); moderatorul (apa grea), care are rolul de a încetini viteza neutronilor rapizi, astfel ca reacţia să fie controlabilă; barele de control captează neutronii rezultaţi din reacţia de fisiune; agentul de răcire, care preia căldura dezvoltată în zona activă şi o cedează apei în schimbătorul de căldură.

În schimbătorul de căldură, apa se vaporizează şi devine agentul producător de lucru mecanic în turbină. Lucrul mecanic este transformat de generator în energia electrică.

În figura 2 este prezentată schema simplificată a unei centrale electronucleare:

Fig. 1. Schema simplificată a CNE Karachi (Pakistan) echipată cu reactor tip CANDU, răcit şi moderat cu apă grea

Combustibilul, moderatorul şi agentul de răcire formează aşa numita filieră a reactorului termic care determină caracteristicile specifice centralelor nucleare.Combustibilul introdus în reactor are forma unor pilule compactate sub formă de bare. Între barele de combustibil se găsesc barele de control.Acestea conţin cadmiu(element chimic ce absoarbe neutroni).Ele au rolul de a regla numărul de neutroni ce pot produce noi reacţii de fisiune, astfel încât puterea produsă de reactor să rămână constantă în timp.Pentru menţinerea reacţiei în lanţ, în unele tipuri de reactoare, neutronii emişi în reacţiile de fisiune trebuie încetiniţi.În timpul frânării neutronilor are loc un transfer de energie de la aceştia la moderator, temperatura moderatorului şi a combustibilului mărindu-se.Controlul reactoarelor nucleare se face computerizat(inclusiv al sistemelor utilizate pentru protecţia reactorului şi a mediului înconjurător).

Centralele nucleare au între 1 şi 8 reactoare(unităţi), fiecare cu o putere instalată de cel puţin 600 MW.

2. Ciclul combustibilului nuclear

Reactoarele termice depind, în general, de uraniul rafinat şi îmbogăţit. Unele reactoare nucleare pot să opereze cu o mixtură de plutoniu şi uraniu (MOX). Procesul prin care minereul de uraniu este extras din mină, procesat, îmbogăţit, folosit, posibil reprocesat şi depozitat este cunoscut ca ciclul combustibilului nuclear. Minereul brut de uraniu este măcinat şi tratat chimic. Pudra rezultată de oxid de uraniu este transformată apoi în hexaflorură de uraniu în vederea pregătirii pentru îmbogăţire.Izotopul uşor fisionabil U-235 reprezintă sub 1% din uraniul natural, astfel încât cele mai multe reactoare solicită uraniu îmbogăţit. Îmbogăţirea presupune creşterea procentajului de U-235 şi se realizează, uzual, cu ajutorul difuziei gazoase sau prin centrifugare de gaz. Materialul îmbogăţit rezultat este convertit în pudră de UO2 care este sinterizat (presat şi copt) sub formă de pastile. Pastilele sunt introduse în tuburi închise etanş care se numesc elemente (bare) combustibile. Într-un reactor nuclear se folosesc (se „ard”) un număr mai mare sau mai mic de astfel de elemente combustibile.

3. Reactorul nuclear

Reactorul nuclear este o instalaţie în care este iniţiată o reacţie nucleară în lanţ, controlată şi susţinută la o rată staţionară (în opoziţie cu o bombă nucleară, în care reacţia în lanţ apare într-o fracţiune de secundă şi este complet necontrolată) .Reactoarele nucleare sunt folosite pentru numeroase scopuri. Cea mai semnificativă utilizare curentă este pentru generarea de putere electrică. Reactoarele de cercetare sunt folosite pentru producerea de izotopi şi pentru experimente cu neutroni liberi. Din punct de vedere istoric, prima folosire a reactoarelor nucleare a fost producerea plutoniului pentru bomba atomică.

O altă utilizare militară este propulsia submarinelor şi a vapoarelor (deşi aceasta presupune un reactor mult mai mic decât cel folosit într-o centrală nuclearo-electrică). În mod curent, toate reactoarele nucleare comerciale sunt bazate pe fisiunea nucleară şi sunt considerate problematice datorită nesiguranţei lor şi riscurilor asupra sănătăţii. Din contră, alţii consideră centrala nucleară ca fiind o metodă sigură şi nepoluantă de generare a electricităţii.

Instalaţia de fuziune este o tehnologie bazată pe fuziunea nucleară în locul fisiunii nucleare. Există şi alte instalaţii în care au loc reacţii nucleare într-o manieră controlată, incluzând generatoarele termoelectrice radioizotope şi bateriile atomice, care generează căldură şi putere exploatând dezintegrările radioactive pasive.