O centrală nucleară produce electricitate folosind căldura eliberată prin divizarea controlată a atomilor de uraniu. Procesul pare complicat, dar principiul de bază seamănă cu cel al unei centrale termice. Căldura transformă apa în abur, aburul pune în mișcare o turbină, iar turbina antrenează un generator electric.
Diferența importantă este sursa căldurii. La o centrală pe cărbune sau gaz, combustibilul este ars. La Cernavodă, energia termică provine din fisiunea nucleară produsă în reactoare de tip CANDU. Reacția se desfășoară într-un sistem proiectat să o controleze permanent, cu mai multe niveluri de protecție. Apa grea, uraniul natural, circuitele separate și sistemele automate de oprire au fiecare un rol precis.
De la atomul de uraniu la căldură
Combustibilul folosit într-un reactor CANDU este uraniul natural, prelucrat sub forma unor pastile ceramice. Pastilele sunt introduse în tuburi metalice și formează fascicule de combustibil. Acestea sunt așezate în canalele reactorului, unde are loc fisiunea nucleară.
În timpul fisiunii, nucleul unui atom de uraniu se divide în fragmente mai mici. Procesul eliberează căldură și neutroni. Neutronii pot lovi alți atomi de uraniu, provocând noi fisiuni și formând astfel o reacție în lanț.
Reacția nu este lăsată să crească fără control. Puterea reactorului este reglată prin sisteme care absorb neutroni sau modifică proprietățile mediului din interior. Dacă apare o situație anormală, reactorul poate fi oprit rapid prin sisteme independente de securitate.
Reactoarele CANDU au o caracteristică importantă. Combustibilul se află în sute de canale orizontale, nu într-un singur vas mare sub presiune. Această construcție permite inclusiv înlocuirea combustibilului în timpul funcționării, cu ajutorul unor echipamente speciale.
Apa grea este esențială pentru acest tip de reactor. Ea seamănă cu apa obișnuită, dar atomii săi de hidrogen sunt înlocuiți cu deuteriu, un izotop mai greu al hidrogenului. Apa grea îndeplinește două funcții principale:
- încetinește neutronii, astfel încât aceștia să poată produce mai ușor noi fisiuni;
- transportă căldura din canalele de combustibil către generatoarele de abur.
În reactor există apă grea folosită ca moderator și apă grea aflată sub presiune în circuitul de răcire. Sistemele sunt separate, chiar dacă folosesc același tip de lichid.
Cum ajunge energia nucleară să devină electricitate
Căldura produsă în combustibil este preluată de apa grea din circuitul primar. Aceasta circulă prin canalele reactorului la presiune ridicată, pentru a nu fierbe, apoi ajunge în generatoarele de abur. Aici transferă energia termică unei alte cantități de apă, aflate într-un circuit separat.
Apa din circuitul secundar se transformă în abur. Cele două circuite nu se amestecă, ceea ce limitează transferul substanțelor radioactive către partea convențională a centralei. Aburul rezultat este trimis spre turbină.
Presiunea aburului rotește paletele turbinei cu viteză mare. Turbina este legată de un generator, iar rotația acestuia produce energie electrică. Electricitatea trece apoi prin transformatoare, care îi ridică tensiunea pentru transportul eficient prin rețeaua națională.
După trecerea prin turbină, aburul trebuie răcit. El ajunge într-un condensator și revine la starea lichidă. Apa este pompată din nou către generatoarele de abur, iar ciclul se repetă.
Pentru răcirea condensatorului este necesară o sursă separată de apă. Centrala de la Cernavodă folosește apă din zona Dunării, prin sistemele sale de alimentare și evacuare. Această apă nu intră în contact direct cu reactorul și nici cu apa grea din circuitul primar.
Fluxul poate fi rezumat simplu:
- Fisiunea uraniului produce căldură.
- Apa grea transportă căldura către generatorul de abur.
- Aburul pune turbina în mișcare.
- Generatorul produce electricitate.
- Aburul este răcit, devine din nou apă și reintră în circuit.
O unitate nucleară funcționează, de regulă, continuu perioade lungi. Producția sa nu depinde direct de vânt, soare sau vreme, ceea ce ajută la menținerea stabilității sistemului energetic.
Cum este controlată siguranța centralei
O centrală nucleară nu se bazează pe o singură barieră de protecție. Combustibilul, teaca metalică a elementelor de combustibil, sistemul de transport al căldurii și clădirea reactorului formează niveluri succesive de izolare. Rolul lor este să păstreze materialele radioactive în interiorul instalației.
Reactorul este supravegheat permanent. Senzorii măsoară puterea, temperatura, presiunea, debitul agentului de răcire și numeroși alți parametri. Dacă valorile ies din limitele stabilite, sistemele automate pot reduce puterea sau pot opri reacția nucleară.
Reactoarele CANDU dispun de două sisteme rapide și independente de oprire. Unul introduce elemente care absorb neutronii, iar celălalt injectează o substanță absorbantă în moderator. Independența lor reduce riscul ca o singură defecțiune să împiedice oprirea reactorului.
Oprirea reacției în lanț nu înseamnă că reactorul devine imediat rece. Combustibilul continuă să degaje căldură reziduală, care trebuie eliminată. Din acest motiv, centrala are sisteme de răcire, alimentări electrice de rezervă și proceduri pentru situații de urgență.
Personalul lucrează după reguli stricte, cu verificări, antrenamente și simulări periodice. Instalațiile sunt inspectate, iar unele componente sunt înlocuite sau modernizate în timpul opririlor planificate. Autoritatea de reglementare verifică respectarea cerințelor de securitate nucleară.
Ce se întâmplă cu combustibilul folosit
Combustibilul scos din reactor rămâne radioactiv și produce căldură. Imediat după descărcare, acesta este păstrat în bazine cu apă. Apa îl răcește și oferă protecție împotriva radiațiilor.
După câțiva ani, când nivelul de căldură a scăzut suficient, combustibilul poate fi mutat într-un depozit intermediar uscat. Acolo este păstrat în module speciale, proiectate să îl izoleze și să permită răcirea pasivă. Combustibilul uzat trebuie administrat în siguranță pe termen lung, conform unei strategii naționale.
Cantitatea de combustibil nuclear necesară pentru producerea unei cantități mari de electricitate este relativ mică față de volumul de cărbune sau gaz care ar fi consumat într-o centrală convențională. În timpul funcționării, reactorul nu arde combustibili fosili și nu produce direct dioxid de carbon prin procesul de generare.
Totuși, energia nucleară nu este lipsită de costuri sau provocări. Construirea și modernizarea reactoarelor sunt scumpe, proiectele durează mulți ani, iar deșeurile radioactive necesită supraveghere atentă. Dezafectarea unei unități la finalul exploatării este, de asemenea, o operațiune complexă.
Centrala de la Cernavodă arată cum poate fi folosită fisiunea nucleară pentru a produce constant electricitate. Uraniul generează căldură, apa grea o transportă, aburul rotește turbina, iar generatorul alimentează rețeaua. Atunci când instalațiile sunt operate corect, verificate riguros și modernizate la timp, energia nucleară poate oferi producție stabilă, cu emisii reduse de carbon și cu un rol important în siguranța energetică a României.