U ovom blog postu ispitat ćemo sigurnost južnokorejskih nuklearnih elektrana uspoređujući principe te prednosti i nedostatke reaktora pod tlakom i reaktora s kipućom vodom.

Pozadina i svrha ovog članka

Nuklearne elektrane, obično nazivane „nuklearnim postrojenjima“, već su nekoliko godina predmet javnog interesa i zabrinutosti. Posebno nakon nuklearne nesreće u Fukushimi u Japanu 11. ožujka 2011., curenje zračenja i dugotrajni napori čišćenja pojačali su zabrinutost javnosti, a proširila se zabrinutost da bi se slična nesreća mogla dogoditi u Južnoj Koreji.
Svrha ovog članka je ublažiti zabrinutost javnosti usporedbom reaktora koji se prvenstveno koriste u Južnoj Koreji s onima u elektrani Fukushima gdje se dogodila nesreća, te jasno objasniti principe rada, kao i prednosti i nedostatke oba reaktorska sustava.

Trenutno stanje nuklearnih elektrana u Južnoj Koreji

U Južnoj Koreji bilo je u pogonu ukupno 23 nuklearne elektrane, uključujući jedinice Kori 1–4, jedinice Shin-Kori 1–2, jedinice Wolseong 1–4, jedinice Shin-Wolseong 1, jedinice Hanbit 1–6 i jedinice Hanul 1–6. Međutim, nakon korupcijskih skandala povezanih s nuklearnim elektranama, rad jedinice Shin-Kori 2 i jedinice Shin-Wolsong 1 je obustavljen; trenutno je u pogonu 21 jedinica, a električna energija koju proizvode iznosi približno 13 milijuna kWh, što čini oko 24% ukupne proizvodnje električne energije.
S obzirom na to da alternativni izvori energije još nisu dovoljno komercijalizirani, nuklearna energija i dalje igra vitalnu ulogu u proizvodnji električne energije u Južnoj Koreji.

Klasifikacija reaktora i ključni pojmovi

Reaktori se prvenstveno klasificiraju prema rashladnom sredstvu i moderatoru. Oni koji koriste vodu - najčešće rashladno sredstvo i moderator - nazivaju se lakovodnim reaktorima, dok se oni koji koriste tešku vodu (vodu koja sadrži deuterij) nazivaju teškovodnim reaktorima. Rashladno sredstvo je tvar koja prenosi toplinu stvorenu u jezgri kako bi ohladila reaktor, a moderator je tvar koja usporava neutrone emitirane tijekom procesa fisije kako bi održala lančanu reakciju.
Lakovodni reaktori se dalje dijele na dvije vrste na temelju prisutnosti ili odsutnosti generatora pare. Reaktor pod tlakom (PWR) odvaja primarni i sekundarni sustav pomoću generatora pare, dok reaktor s kipućom vodom (BWR) pokreće turbinu koristeći paru generiranu izravno kipućom rashladnom vodom u jezgri.

Princip rada tlačnog vodenog reaktora (PWR)

Reaktori pod tlakom (PWR) najčešći su tip lakovodnih reaktora, koji čine otprilike 60% svjetskih nuklearnih reaktora. Koriste nisko obogaćeni uranij-235 (otprilike 2-5%) kao gorivo i dizajnirani su za održavanje vode u tekućem stanju čak i na visokim temperaturama od oko 300°C primjenom visokog tlaka (otprilike 150 atmosfera) na rashladno sredstvo (laku vodu).
Vruća voda pod visokim tlakom iz primarnog sustava, koja teče kroz jezgru reaktora, ulazi u generator pare, gdje zagrijava vodu u sekundarnom sustavu kako bi proizvela paru; ta para iz sekundarnog sustava zatim pokreće turbinu koja proizvodi električnu energiju. Nakon prolaska kroz turbinu, para se hladi u kondenzatoru, gdje se toplina izmjenjuje i raspršuje u morsku vodu ili druge medije. Ovo odvajanje reaktorskog sustava i turbinskog sustava je karakteristika tlačnih reaktora.

Princip rada reaktora s kipućom vodom (BWR)

Reaktori s kipućom vodom čine otprilike 22% svjetskih reaktora, a tip koji se koristi u Fukushimi pripada ovoj kategoriji. Reaktori s kipućom vodom također koriste nisko obogaćeni uran (otprilike 2%) kao gorivo, ali para koja nastaje kada rashladno sredstvo vrije izravno unutar jezgre reaktora pokreće turbinu.
Iako su slični reaktorima s tlačnom vodom po tome što se para kondenzira u kondenzatoru - gdje se toplina prenosi na morsku vodu ili neki drugi medij - postoji strukturna razlika: primarni sustav i turbinski sustav nisu odvojeni.

Usporedba prednosti i nedostataka reaktora pod tlakom i reaktora s kipućom vodom

Jedna od prednosti tlačnovodnih reaktora je smjer umetanja kontrolnih šipki. U tlačnovodnim reaktorima, kontrolne šipke su često dizajnirane da se umeću od vrha gorivnih šipki prema dolje; ovaj dizajn pruža sigurnosnu značajku pri čemu, čak i ako se napajanje izgubi zbog nesreće, kontrolne šipke prirodno se spuštaju pod silom gravitacije kako bi usporile reakciju fisije. Kontrolne šipke izrađene su od materijala koji dobro apsorbiraju neutrone - poput bora, kadmija i hafnija - kako bi se regulirala brzina fisije.
Još jedna prednost je odvojenost reaktorskog sustava od turbinskog sustava. Ovo odvajanje značajno smanjuje vjerojatnost da zračenje dospije do turbinskog sustava i minimizira probleme s korozijom unutar reaktora, što rezultira većom sigurnošću u smislu rizika od curenja zračenja i održavanja. S druge strane, zbog dodatnih sustava poput generatora pare, složenog dizajna i velikih razmjera postrojenja, početni troškovi ulaganja i održavanja su visoki, što može biti nedostatak u smislu troškova i učinkovitosti.
Reaktori s kipućom vodom (BWR) imaju prednost visoke toplinske učinkovitosti jer se para generira izravno u jezgri za pogon turbine, a njihova relativno jednostavna struktura pomaže u smanjenju troškova projektiranja i izgradnje. Međutim, budući da primarni sustav i turbinski sustav nisu odvojeni, radioaktivni materijal može migrirati na stranu turbine, što je nedostatak u smislu zaštite od zračenja i održavanja.
Nadalje, mehanizam umetanja kontrolnih šipki u reaktorima s kipućom vodom uključuje ili guranje šipki prema gore ispod gorivnih šipki ili oslanjanje na električnu energiju; posljedično, automatsko umetanje gravitacijom postaje otežano ako se tijekom nesreće izgubi napajanje. Stoga, ako automatsko umetanje kontrolnih šipki ne uspije tijekom situacije s gubitkom napajanja, nuklearna fisija može se nastaviti, što predstavlja rizik od pogoršanja situacije; nastavak fisije tijekom nesreće u Fukushimi naveden je kao jedan od čimbenika koji su pogoršali štetu. Korozija jezgre uzrokovana promjenom faze rashladnog sredstva također je značajan nedostatak reaktora s kipućom vodom.

Zaključak

Ukratko, iako reaktori s tlačnom vodom mogu biti u nepovoljnijem položaju u usporedbi s reaktorima s kipućom vodom u smislu troškova i učinkovitosti, mogu se smatrati sigurnijima u smislu dizajna. S druge strane, iako reaktori s kipućom vodom nude prednosti poput uštede troškova i učinkovitosti zbog svog izravnog ciklusa, imaju slabosti u pogledu sigurnosti, uključujući rizik od radioaktivnog curenja i poteškoće u kontroli reaktora u slučaju nesreće.
S obzirom na to da većina reaktora koji se koriste u Južnoj Koreji pripada obitelji reaktora pod tlakom, može se zaključiti da su na snazi ​​relativno sigurniji dizajni i operativni postupci kako bi se spriječili incidenti poput nesreće u Fukushimi u Japanu te da nema potrebe za pretjeranom zabrinutošću.