Descoperirile științifice din ultimii 100 de ani au avut o contribuție decisivă în apropierea civilizației umane de tainele fizicii atomice. O pleiadă de oameni de știință, dintre care Enrico Fermi, Albert Einstein, Niels Bohr, Otto Robert Frisch, Otto Hahn, Frizz Strassman sunt doar unii dintre cei mai mediatizați, a contribuit de-a lungul timpului la descoperiri și teoretizări care au creat calea către folosirea unei puteri „nevăzute” în scopul producerii de energie – o resursă atât de necesară funcționării civilizației umane pe toate palierele sale.
Creșterea continuă a nevoii de energie electrică face ca umanitatea să se afle permanent în căutarea de soluții cât mai solide, eficiente și, în cele din urmă, inepuizabile de producere a acesteia. Desigur, cărbunele și petrolul, alături de gazele naturale, continuă să joace un rol decisiv în acest domeniu, producția mondială de energie electrică bazându-se încă într-o proporție foarte mare pe aceste resurse epuizabile. Totuși, semnele din ce în ce mai evidente ale efectelor poluării cu arderea combustibililor fosili și consecințele acesteia în privința încălzirii globale obligă umanitatea să se orienteze rapid către moduri de producție nepoluante și sustenabile a energiei.
Una dintre soluțiile de producere a energiei electrice fără poluare este reprezentată de mai bine de jumătate de secol de energia nucleară, despre care vei afla câteva detalii și informații în acest articol.
1. Energia nucleară explicată simplu. Ce este energia nucleară și care sunt principiile fizicii din spatele acestui concept?
După cum deja se știe de la orele de fizică din școală, orice materie sau substanță de pe această planetă, în orice formă de agregare s-ar afla – solidă, lichidă sau gazoasă – este alcătuită din atomi. Milenii întregi, s-a considerat că atomul este cea mai mică particulă care poate exista, însă progresul științific a demonstrat că atomul este departe de a fi o particulă elementară.
De fapt, în compoziția atomului intră o serie întreagă de alte particule care au fost clasificate drept protoni, neutroni și electroni. Atomul are o structură alcătuită dintr-un nucleu în jurul căruia orbitează electronii, fiecare substanță având nu număr variabil al acestor din urmă particule.
Practic, ceea ce alcătuiește orice obiect, orice materie existentă, este legătura nucleară între protonii cu sarcină pozitivă aflați în nucleul atomilor și electronii, încărcați cu sarcină negativă, care orbitează în jurul nucleului. Neutronii, aflați și ei în nucleul atomilor, sunt neutri din punct de vedere al sarcinii electrice, dar au legături puternice cu protonii – legături nucleare care mențin consistența nucleului atomic.
Cercetările în domeniul fizicii atomice din prima jumătate a secolului al XX-lea au au arătat că există un potențial uriaș de energie în aceste legături nucleare de la nivelul atomului. Astfel, s-a teoretizat că ruperea acestor legături ar putea elibera o cantitate foarte mare de energie prin dezintegrarea nucleului atomului. A luat naștere astfel conceptul de fisiune nucleară și cel de energie nucleară. Problemele ulterioare au constat în modul în care ar putea fi stăpânită această energie și cum ar putea fi ea transformată în lucru mecanic care să poată avea o utilitate economică viabilă.
Astfel, la puțin timp după descoperirea procesului fizic de fisiune nucleară, s-a descoperit că un nucleu aflat în procesul de fisiune poate produce o reacție în lanț. Această reacție în lanț este posibilă doar la anumiți izotopi. Practic, neutronii din nucleul atomului, eliberați în urma fisiunii contribuie la realizarea altor fisiuni succesive. Ciocnirea neutronilor la viteze enorme cu atomii anumitor substanțe (Uraniu, Plutoniu, Cesiu etc.) conduce la spargerea atomilor acestora, adică la ruperea legăturilor între neutronii și protonii din nucleu. Se eliberează astfel cantități însemnate de energie sub forma căldurii, alături de alte particule subatomice, precum și o serie de radiații. Căldura produsă în reactoarele de fisiune pe baza cărora sunt construite centralele atomice este, deci, cea care stă la baza producerii energiei electrice.
Trebuie reținut că, odată pornită această reacție în lanț de fisiune, ea va continua la infinit, însă există mecanisme de control în cadrul reactoarelor centralelor atomo-electrice prin care se poate reduce sau crește numărul de neutroni care bombardează nucleele substanțelor folosite pe post de combustibil – în cel mai comun caz, izotopii de Uraniu U-235.
Odată produsă căldura, aceasta este folosită în mod similar ca și în cazul centralelor termice pe cărbune, gaze naturale sau păcură. Puterea aburului pune în mișcare turbinele cu dinamuri, energia electrică produsă astfel fiind trecută în sistemul de transport și infrastructura corespunzătoare către locurile de consum.
Desigur, energia nucleară se poate obține și prin procesul invers de unire a două nuclee atomice și formarea unui nou nucleu cu o masă mai mare. Dar, acest fenomen fizic se poate desfășura doar la temperaturi extrem de mari, fiind de altfel și fenomenul pe baza căruia există stelele din Univers. Spre deosebire de fisiune, fuziunea nucleară ar putea oferi energie pe termen nelimitat și într-un mod ecologic, dacă reactoarele de fuziune – aflate încă în faza experimentală – vor reuși, în viitor, să devină viabile din punct de vedere economic și în ceea ce privește siguranța de exploatare.
2. Energia nucleară – avantajele și dezavantajele acestui mod de obținere a unei resurse importante
Energia nucleară prezintă, în mod cert, o serie de avantaje, însă există și destul de multe dezavantaje, care ar trebui luate în considerare atunci când se ia decizia construirii unor reactoare atomice pentru producția de energie electrică.
În ceea ce privește avantajele, se pot enumera:
- Costuri mici de întreținere și operare a centralelor atomice
Deși tehnologia folosită și construcția reactoarelor dintr-o centrală atomică este costisitoare, odată puse în funcțiune, acestea nu solicită revizii tehnologice foarte dese sau operațiuni frecvente de întreținere, așa cum este cazul centralelor termoenergetice bazate pe cărbune, petrol sau gaze naturale. Duratele de operare ale unei centrale atomoelectrice sunt foarte lungi, depășind adesea 70 de ani de funcționare continuă. Practic, atât timp cât există combustibil nuclear, o centrală atomică poate funcționa fără întrerupere.
- Lipsa problemelor legate de poluare
Este cunoscut faptul că legislația tot mai strictă în privința prevenirii poluării aduce o serie de impedimente construirii de noi centrale electrice bazate pe combustibili fosili. Arderea cărbunelui, în principal, dar și a gazelor naturale, într-o mai mică măsură, conduce la emisii masive de CO2 în atmosferă, fapt ce adaugă la accelerarea încălzirii globale cu efecte dramatice și costuri enorme pentru întreaga planetă.
Energia nucleară este una dintre sursele nepoluante de producere a electricității din simplul motiv că reactoarele nucleare nu emit CO2 sau alte gaze cu efect de seră. Singurele produse ale unei centrale atomice sunt apa caldă și aburul a cărui forță este transformată în lucru mecanic. Apa folosită este la rândul ei reciclată, aburul fiind răcit în binecunoscutele turnuri de răcire și condensat din nou în apă care reintră în circuitul centralei.
De asemenea, odată alimentate cu combustibil nuclear, centralele atomice funcționează ani de zile, spre deosebire de o centrală pe cărbune care are nevoie în mod constant de aprovizionare cu materie primă și de resurse obținute din minerit.
- Eficiența ridicată în producerea curentului electric
Centralele atomice sunt cu mult mai eficiente în producerea energiei electrice decât cele bazate pe combustibili fosili. Pe de o parte, reacțiile de fisiune oferă cantități mult mai mari de energie decât arderea cărbunelui sau a gazului natural, iar pe de altă parte, cantitatea de combustibil necesar pentru asigurarea funcționării unei centrale atomice este insignifiantă față de marile cantități de cărbune sau volume de gaze naturale necesare unei centrale clasice.
Avansurile tehnologice din prezent permit construirea unor reactoare de mici dimensiuni, care consumă cantități și mai mici de combustibili nucleari pentru a produce energie electrică.
- Abundența combustibilului
Dacă în ceea ce privește centralele pe combustibili fosili există îngrijorări reale privind epuizarea resurselor (cărbuni, petrol, gaze naturale), în ceea ce privește energia nucleară, nu există astfel de probleme deoarece cantitatea de combustibil necesară, de exemplu Uraniu, este foarte mică, iar resursele existente sunt îndestulătoare pentru perioade lungi de timp. În plus, există cercetări avansate în domeniu pentru reciclarea și refolosirea combustibilului nuclear folosit.
În ceea ce privește dezavantajele legate de energia nucleară, există o serie de probleme destul de serioase, pe care acest mod de producere a energiei le poate ridica.
- Radioactivitatea letală
Chiar dacă poate părea o sursă curată de energie electrică, combustibilul nuclear folosit în reactoarele centralelor atomice, este foarte radioactiv. Durata de neutralizare se poate întinde pe secole întregi dacă nu chiar milenii, fapt ce constituie un pericol destul de mare pentru viață. În plus, pot apărea o serie de accidente cu deversări de material radioactiv care afectează mediul înconjurător pe o rază foarte mare în jurul epicentrului.
Radiațiile provenite din accidentele nucleare pot provoca arsuri, modificări genetice, cancer etc. De asemenea, potențialul distructiv al combustibilului nuclear este unul foarte ridicat, fiind folosit și în domeniul fabricării armelor de distrugere în masă.
- Energia nucleară este destul de costisitoare
Pe lângă investiția ridicată într-o centrală atomică, precum și în construcția reactoarelor acesteia, există costuri mari în ceea ce privește personalul unei centrale atomoelectrice care are nevoie de perioade îndelungate de pregătire și experiență. În plus, manipularea, manevrarea și transportul combustibilului nuclear proaspăt sau folosit solicită o întreagă logistică specială. Nu în ultimul rând, securitatea care trebuie asigurată obiectivului este de un nivel superior și costisitoare din punctul de vedere al personalului indisponibilizat și al mijloacelor tehnice folosite.
3. Centralele nucleare – avantajele și dezavantajele pe termen lung
Cernobîl și Fukushima sunt două dintre cele mai mari accidente produse la centrale nucleare de-a lungul anilor. Efectele pentru mediu și pentru oameni au fost dezastruoase în ambele cazuri. De atunci, au fost luate măsuri suplimentare de securitate în toate centralele atomoelectrice din lume. Însă, rămâne mereu întrebarea pe care, atât oamenii de știință, cât și decidenții guvernamentali, împreună cu activiștii de mediu și-o pun în mod constant: merită avantajele energiei nucleare riscurile pe care le ridică în contrapartidă? Mai ales atunci când foarte mulți oameni se întreabă de ce nu se trece exclusiv la energia regenerabila (hidrocentrale, centrale eoliene, centrale solare, centrale pe biomasă sau geotermale etc.), dilema referitoare la lărgirea folosirii energiei nucleare rămâne una esențială.
Desigur, energia regenerabilă nu comportă riscuri pentru populație, însă, deși cuantumul energiei produse în acest mod a crescut considerabil în ultima perioadă, ea rămâne o sursă destul de instabilă, deoarece depinde de fenomene naturale în exclusivitate: eolienele nu funcționează în lipsa vântului, panourile solare nu produc electricitate fără soare, hidrocentralele se pot confrunta cu perioade secetoase și cu niveluri scăzute ale debitelor cursurilor de apă pe care sunt instalate.
Din acest punct de vedere, centralele atomice produc energie în mod consistent pe lungi perioade de timp și în cantități foarte mari, fără a polua mediul înconjurător, dacă s-ar compara, prin echivalență, cu centralele pe cărbune sau gaze naturale. Dar, reziduurile radioactive rezultate în urma funcționării centralelor atomice cu actuala tehnologie sunt o problemă spinoasă deși legislația de mediu în domeniu este destul de strictă. Problema gestionării deșeurilor este una destul de complicată chiar și pentru alte domenii de activitate, dar, în ceea ce privește deșeurile radioactive, se pune mereu problema unor accidente ale căror efecte pot fi devastatoare pentru mediu și viață în general, a locurilor de depozitare și a securizării permanente a acestor spații pentru ca materialul radioactiv să nu încapă, de exemplu pe mâna unor organizații teroriste sau chiar să ajungă în componența unor arme de distrugere în masă.
Prin urmare, avantajele și dezavantajele energiei nucleare se află într-un echilibru relativ, multe state avansate din punct de vedere tehnologic investind deja în cercetare pentru înlocuirea fisiunii cu fuziunea nucleară – mult mai sigură – sau adoptând o serie de proiecte de reducere a folosirii centralelor atomice. Totuși, aceste discuții nu sunt decât de suprafață. În esență „foamea” de energie a economiilor de pe planetă nu face fezabilă renunțarea la energia nucleară, cel puțin pe termen mediu, până la găsirea unor soluții eficiente și mult mai sigure.
Sursa foto: Pixabay.com
