Поскольку мы принимаем экологически чистые решения, атомная энергетика обязательно должна быть частью уравнения.
Тысячи и тысячи лет люди использовали силу природы, чтобы обеспечить энергию для развития нашей цивилизации. Используя огонь, мы получили возможность готовить пищу, обеспечивать тепло и кров, а также защищать себя от хищников. Позже мы приручили множество животных, используя их труд для выполнения задач, которые были бы слишком напряженными или неэффективными для человека. В конце концов, естественные источники энергии, такие как ветер, стали использовать ветряные мельницы для вращения жерновов, измельчая зерно вообще без участия человека.
Огромная трансформация произошла, когда мы начали использовать природные источники - ветряные мельницы, паровые процессы сжигания и даже проточную воду - для вращения турбин, выработки энергии и обеспечения электричеством. Сегодня мировые энергетические потребности по-прежнему в основном удовлетворяются за счет тех же процессов, при этом невозобновляемые ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и газ, обеспечивают основную часть энергопотребления Земли. Мы обеспечиваем цивилизацию космической эры тем же ископаемым топливом, что и железный век. Сейчас, как никогда, мир нуждается в ядерной энергии, и все же страх, а не факты, управляет нашей политикой. Вот наука о том, почему мы должны это принять.
Обычная химическая электростанция работает просто и понятно. Топливный источник некоторого разнообразия сжигается, высвобождая энергию, которая нагревает и кипятит воду, производя пар. Этот пар вращает турбину, которая вырабатывает электроэнергию, используемую для обеспечения энергией любых целей, которые требуются ниже по течению.
Большая проблема, которую мы имеем, признаем мы это сами или нет, заключается в том, что этот способ производства большого количества энергии создал огромные экологические проблемы. Хотя воздействие добычи этого сырья в таких огромных количествах, несомненно, является значительным, конечные продукты сжигания этих источников топлива коренным образом и значительно изменили химический состав атмосферы и океанов Земли, что привело к глобальному потеплению, закислению океана и другим климатическим изменениям. - связанные эффекты.
Доказательства того, что это произошло, неопровержимы, и это проблема, которую мы продолжаем усугублять с каждым днем на Земле. По мере сжигания большего количества ископаемого топлива на основе углеводородов увеличивается концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере Земли, которая выросла с доиндустриального уровня примерно 270 частей на миллион до современного уровня примерно 410 частей на миллион. миллионов: рост чуть более чем на 50% менее чем за 300 лет.
Это увеличение содержания углекислого газа также распространяется на океан, где углекислый газ соединяется с водой с образованием угольной кислоты, изменяя pH (показатель кислотности) наших океанов в глобальном масштабе.
Но самой насущной проблемой является глобальное потепление, вызванное этим дополнительным количеством углекислого газа. Наша глобальная средняя температура выросла на 0,98 °C (1,76 °F) с тех пор, как мы начали точно измерять ее еще в 1880 году, и этот рост ускорился, увеличившись на 0,18 °C (0,32 °F) за десятилетие за последние 39 лет.
Хотя для решения этой проблемы было предложено множество различных подходов, ясно, что любое устойчивое, долгосрочное решение будет включать один важный компонент: переход на источники энергии, которые не приводят к дополнительному выбросу углекислого газа. выбросы. В то время как большинство выдвинутых идей, таких как гипотетический «Зеленый новый курс», сосредоточены на возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, есть еще один вариант, который мы должны серьезно пересмотреть: энергия ядерного деления.
Да, это правда, что атомные электростанции, которые срезают углы, могут привести к катастрофам, связанным с радиоактивностью, таким как печально известная катастрофа в Чернобыле в 1986 году. Опасность расплавления, произошедшего на Три-Майл-Айленде в 1979 году. И плохо локализованный реактор на линии разлома может привести к радиоактивным отходам, загрязняющим близлежащую окружающую среду из-за стихийного бедствия, подобного тому, что произошло на Фукусиме в 2011 году. В этих случаях ядерная энергетика в целом остается более безопасной, чем любой другой крупномасштабный источник энергии, использовавшийся на протяжении всей истории человечества.
Первые ядерные реакторы, предназначенные для крупномасштабного производства электроэнергии, были введены в эксплуатацию в середине 1950-х годов, и за это время в общей сложности было отработано более 17 000 реакторо-лет (где один ядерный реактор, работающий в течение года, равен одному реакторо-году) в 33 странах. Три вышеупомянутых инцидента - единственные неблагоприятные события, задокументированные за все это время. И все же, когда люди думают о ядерной энергетике, они обычно думают об этих катастрофах , а также об опасности ядерной войны, опасностях радиоактивных отходов и разрушительной силе атомной бомбы , а не о безопасном, эффективном и экологичном источник энергии, которым на самом деле является ядерная энергетика.
К счастью, наука, стоящая за ядерной энергетикой, на самом деле проста и помогает нам понять, почему мы не должны бояться ее так же, как мы боимся ядерных бомб или ядерной войны. Вместо этого существует хорошо изученный процесс, который происходит внутри атома и может генерировать огромное количество энергии, достаточное для удовлетворения наших глобальных энергетических потребностей в течение столетий, без побочных эффектов загрязнения окружающей среды, связанных с ископаемым топливом.
Физика ядерной энергетики В обычных (химических) топливах реакции происходят между электронными конфигурациями различных атомов, высвобождая до ~ 0,0000001% массы топлива в виде энергии. В ядерных реакциях расщепляются сами атомные ядра, высвобождая примерно в 1 000 000 раз больше энергии для того же количества топлива. В частности, делящемуся материалу (например, урану-235) нужен только один простой ингредиент - нейтрон, который ядро поглотит, - чтобы вызвать реакцию деления.
Хотя можно использовать и другие виды топлива, хорошая новость о ядерной энергетике заключается в том, что она является самоподдерживающейся: каждое ядро урана-235, которое поглощает нейтрон, в свою очередь испускает три новых нейтрона при разделении, высвобождая энергию. и поддержание реакции. Пока достаточное количество нейтронов продолжает взаимодействовать с делящимся материалом, реакция будет происходить. При этом высвобождается тепло, которое используется для кипячения воды, производства пара и вращения турбины, как в химическом реакторе. Только при ядерной энергетике не образуются отходы двуокиси углерода.
Выработка ядерной энергии полностью контролируется Одна из серьезных проблем, связанных с возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнечная энергия, заключается в том, что они не поддается контролю. Если нет ветра, вы не производите энергию ветра; если не солнечно (или ночь), мощность ваших солнечных батарей сильно падает. Но скорость выхода ядер можно контролировать простым способом, просто контролируя три фактора: регулирующие стержни, температуру и среду (обычно воду).
Помните, что вызывает ядерную реакцию: доступность нейтронов для поглощения делящимся материалом. Если вы добавите больше (или меньше) управляющих стержней, вы поглотите больше (или меньше) доступных нейтронов, изменяя степень взаимодействия с делящимся материалом. Если вы повышаете температуру, вы увеличиваете скорость реакции; если его уменьшить, скорость реакции падает. А наличие такой среды, как вода, также может действовать как поглотитель нейтронов, но за это приходится платить: вы получаете тритированную воду, которая сама по себе является радиоактивной в течение нескольких десятилетий.
Тем не менее, это огромная победа: мы можем генерировать больше или меньше энергии по мере необходимости, вплоть до максимальной безопасной мощности станции.
Нет риска ядерной бомбы, а с отходами можно легко справиться Многие люди, вполне понятно, опасаются риска ядерный взрыв. К счастью, риск ядерного взрыва абсолютно равен нулю, если речь идет об атомной электростанции. Проще говоря, топливо, используемое в каждом ядерном реакторе , как того требует Международное агентство по атомной энергии , недостаточно обогащено, чтобы сделать неконтролируемую цепную реакцию даже возможной. Материал не способен произвести ядерный взрыв.
Тем не менее, будут произведены ядерные отходы. Некоторые из них будут полезны для повторного использования, например, плутоний, используемый в термоэлектрическом нагреве и производстве энергии для полетов в дальний космос, в то время как другие материалы (например, тритиевая вода) необходимо будет хранить и использовать. По данным Всемирной ядерной ассоциации:
- Радиоактивные отходы выходят как высокоактивные отходы,
- для чего обычно требуется ~5 лет подводного хранения, а затем ~45 лет сухого хранения,
- позволяет снизить уровень радиоактивности и тепла,
- и к тому времени они станут низкоактивными отходами,
- , которые можно упаковать и хранить под землей для долгосрочной утилизации.
Хотя нам все еще нужно преодолеть менталитет «не у меня на заднем дворе» (NIMBY), когда дело доходит до атомной энергетики, это, по сути, решаемая с научной точки зрения проблема.
Мы можем полностью перейти на атомную энергетику менее чем за 20 лет Строительство нового общенационального (или глобального) набора реакторов для энергоснабжения миру потребуются устойчивые инвестиции. Необходимо будет построить новые электростанции, реакторы, градирни и т. д. Необходимо будет добывать, извлекать и соответствующим образом перерабатывать достаточное количество ядерного топлива. Цепочки поставок должны быть построены, и управление отходами будет постоянной необходимостью. Помимо существующей инфраструктуры, которая у нас есть сегодня, это потребует огромных и устойчивых инвестиций ресурсов.
Но расплата придет. Хотя до этого момента человечество, мягко говоря, проделало ужасную работу по преодолению климатического кризиса, все может измениться. Если мы можем одновременно заменить:
- угольные, газовые и нефтяные электростанции с атомными,
- от нашей бензиновой автомобильной инфраструктуры к электроэнергии,
- промышленные, коммерческие и бытовые потребности в тепле и электроэнергии в решениях, основанных на электричестве, а не на ископаемом топливе,
Мы можем исключить более 80% использования ископаемого топлива, включая практически все неустойчивые виды использования. Мы можем изменить мир для получения долгосрочной отдачи с помощью коротких, но значительных авансовых инвестиций.
Неудобная правда заключается в следующем: мы - цивилизация космической эры, которая предпочла отказаться от технологических достижений в области производства энергии из-за страха и инерции. Мы обеспечиваем 21-й век технологиями 18-го века, которые оказали катастрофическое воздействие на нашу окружающую среду, которую мы слишком долго игнорировали. Хотя существует много возможных путей решения этой проблемы, ядерная энергетика имеет подтвержденный опыт необходимого успеха и гибкость, чтобы быть неотъемлемым и, возможно, основным ресурсом в арсенале человечества в борьбе с изменением климата.
В течение многих лет мы позволяли страху, а не фактам, контролировать повествование об атомной энергетике. В то время как традиционная история вокруг ядерной энергетики фокусируется на нескольких произошедших катастрофах, послужной список атомной энергетики говорит о другом: о беспрецедентной безопасности, успешном управлении отходами и изобилии доступной зеленой энергии. Сейчас мир нуждается в атомной энергии больше, чем когда-либо. Если мы сможем преодолеть наши укоренившиеся предубеждения против него, мы сможем решить одну из самых больших проблем, стоящих перед нашим миром для грядущих поколений.
Starts With A Bang написан Итаном Сигелом, доктором философии, автором книг Beyond The Galaxy и Treknology: The Science of Star Trek от Tricorders до Warp Drive.