Skip to main content
Query

17.4: Matokeo ya Nishati ya nyuklia

  • Page ID
    166280
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Matumizi ya nishati ya nyuklia inatoa shida ya kuvutia. Kwa upande mmoja, umeme wa nyuklia hutoa hakuna uzalishaji wa kaboni, faida kubwa endelevu katika dunia inakabiliwa na mabadiliko ya hali ya hewa. Kwa upande mwingine, kuna hatari ya mazingira ya kuhifadhi mafuta yaliyotumika kwa maelfu au mamia ya maelfu ya miaka, hatari ya kijamii ya kuenea kwa nyuklia, na athari za releases ajali ya mionzi kutoka kwa mitambo ya uendeshaji. Wanasayansi wenye busara, watunga sera, na wananchi wanapaswa kupima faida hizi na hasara.

    Faida za Nishati ya Nyuk

    Tofauti na mafuta ya kisukuku, kuzalisha umeme kutoka nishati ya nyuklia haina kuchafua hewa au kuchangia kwa kiasi kikubwa mabadiliko ya hali ya hewa (takwimu\(\PageIndex{a}\)). Tunapoendelea kufuta hifadhi ya kimataifa ya mafuta ya mafuta, usambazaji wa mafuta ya nyuklia ni mengi. Inakadiriwa kuwa vifaa vya uranium vitadumu zaidi ya miaka 200, na kuna uwezekano wa kutumia isotopu nyingine za mionzi pia. Zaidi ya hayo, mitambo ya nyuklia ni ya kuaminika zaidi kuliko chanzo kingine chochote, na sababu ya uwezo wa 93.5% (takwimu\(\PageIndex{b}\)). Uwezo ni kiasi cha umeme ambayo jenereta inaweza kuzalisha inapoendesha kwa mlipuko kamili, na sababu ya uwezo ni kipimo cha mara ngapi mmea unaendesha kwa nguvu za juu. (Kiwanda cha nguvu na sababu ya uwezo wa 100% ina maana kwamba huzalisha nguvu wakati wote.)

    Grafu ya bar kulinganisha vifo na uzalishaji wa gesi ya chafu kwa makaa ya mawe, mafuta, gesi asilia, majani, hydropower, nyuklia, nishati ya jua, na nishati ya upepo
    Kielelezo\(\PageIndex{a}\): Nishati ya nyuklia husababisha vifo vichache na hutoa gesi ndogo za chafu ikilinganishwa na mafuta ya mafuta. Grafu hizi za bar huchunguza swali, “Je, ni vyanzo salama zaidi na safi zaidi vya nishati?”. Upande wa kushoto ni kiwango cha kifo kutokana na ajali na uchafuzi wa hewa kipimo kama vifo kwa saa ya terawatt (vifo/TWH) ya uzalishaji wa nishati. Saa 1 ya terawatt ni matumizi ya nishati ya kila mwaka ya watu 27,000 katika Umoja wa Ulaya (EU). Kwa upande wa kulia ni uzalishaji wa gesi ya chafu uliohesabiwa kwa tani za co2-equivalents zilizotolewa kwa gigawatt saa (TCO 2 -Eq/gWh) ya umeme juu ya mzunguko wa maisha ya mmea wa nguvu. Saa 1 ya gigawatt ni matumizi ya umeme ya kila mwaka ya watu 160 katika EU. Makaa ya mawe yalichangia vifo 24.6/TWH, 25% ya nishati duniani, na 820 TCO 2 -Eq/Gwh. Mafuta yalichangia vifo 18.4/TWH, 31% ya nishati duniani, na 720 TCo 2 -Eq/Gwh. Makaa ya mawe yalichangia vifo 2.8/TWH, 23% ya nishati duniani, na 490 TCO 2 -Eq/Gwh. Biomasi ilichangia vifo 4.6/TWH, 7% ya nishati duniani, na 78-230 TCO 2 -Eq/Gwh. Hydropower ilichangia vifo 0.02/tWh, 6% ya nishati duniani, na 34 TCO 2 -Eq/Gwh. Nishati ya nyuklia ilichangia vifo 0.07/tWh, 4% ya nishati duniani, na 4 TCO 2 -Eq/gWh. Upepo ulifikia vifo 0.04/TWH, 2% ya nishati ya kimataifa, na 4 TCO 2 -Eq/Gwh. Makaa ya mawe yalichangia vifo 0.02/TWH, 1% ya nishati duniani, na 5 TCO 2 -Eq/Gwh. Makaa ya mawe yalisababisha vifo zaidi ya mara 1230 kuliko nishati ya jua, na mafuta yalisababisha vifo zaidi ya mara 263 kuliko nishati ya Uzalishaji wa makaa ya mawe ulikuwa mara 273 zaidi kuliko nishati ya nyuklia, na uzalishaji wa mafuta ulikuwa mara 180 zaidi kuliko upepo. Picha na Hannah Ritchie na Max Roser/Dunia yetu katika Data (CC-BY).

     

    Grafu ya bar ya sababu za uwezo wa vyanzo sita vya nishati tofauti. Kutoka juu hadi chini: nyuklia, gesi asilia, makaa ya mawe, hydropower, upepo, na jua.
    Kielelezo\(\PageIndex{b}\): Sababu ya uwezo wa vyanzo sita vya nishati katika 2019. Nyuklia ina kipengele cha uwezo cha juu zaidi kwa 93.5% ikifuatiwa na gesi asilia (56.8%), makaa ya mawe (47.5%), umeme wa maji (39.1%), upepo (34.8%), na jua (24.5%). Picha kutoka Ofisi ya Nishati ya nyuklia/Idara ya Nishati ya Marekani (uwanja wa umma).

    Madhara mabaya ya Nishati ya nyukl

    Licha ya faida zake, nguvu za nyuklia zimepungua. Inahitaji maji zaidi kuliko chanzo kingine chochote cha nishati. Maji kutumika kwa ajili ya baridi hutolewa nyuma katika mazingira, na wakati haina vifaa vya mionzi au kemikali nyingine hatari, ni joto kuliko hapo awali. Hii inaitwa uchafuzi wa joto, na inaweza kuharibu maisha ya majini, ambayo yanachukuliwa na joto la baridi. Uchimbaji wa madini kwa madini ya uranium hudhoofisha makazi na hutoa sumu kutoka chini ya ardhi (sawa na madini ya uso kwa makaa ya mawe). Mimea ya nguvu za nyuklia ni ghali kujenga na kudumisha, na zinahitaji kiasi kikubwa cha chuma na saruji. Uranium iliyoboreshwa kwa mafuta ya nyuklia ikiwa katika mikono isiyofaa inaweza kutumika kufanya silaha za nyuklia (takwimu\(\PageIndex{c}\)). Wakati ajali za nyuklia ni chache, zinaweza kusababisha madhara makubwa, na athari zao ni za kudumu. Zaidi ya hayo, tatizo la kutupa mafuta ya nyuklia kwa usalama bado haijatatuliwa. Masuala mawili ya mwisho yanajadiliwa kwa undani zaidi hapa chini.

     

    Chati tatu za pai zinaonyesha uwiano wa utajiri wa uranium katika asili (<0.72%), kwa mafuta (<20%), na kwa silaha (20-85%).
    Kielelezo\(\PageIndex{c}\): Chati za Pie zinaonyesha uwiano wa jamaa wa uranium-238 (bluu) na uranium-235 (nyekundu) katika viwango tofauti vya utajiri. Silaha za nyuklia zinahitaji uranium yenye utajiri zaidi kuliko inahitajika kwa mafuta ya nyuklia. Uranium asilia (NU) ina zaidi ya 99.2% U-238 na 0.72% au chini ya U-235. Uranium yenye utajiri mdogo (LEU) ina chini ya 20% U-235, na uranium ya daraja la majibu kawaida 2-5% U-235. Uranium yenye utajiri mkubwa (HEU) ina 20-85% U-235 yenye daraja la silaha angalau 85% U-235. Picha na maelezo (yamebadilishwa) na Fastfission (uwanja wa umma).

    Nuclear taka

    Changamoto kuu ya mazingira kwa nguvu za nyuklia ni taka ikiwa ni pamoja na taka za kiwango cha juu cha mionzi, taka za mionzi ya kiwango cha chini, na mikia ya kinu Vifaa hivi vina maisha ya muda mrefu ya mionzi na hivyo hubakia tishio kwa afya ya binadamu kwa maelfu ya miaka.

    Kiwango cha juu cha mionzi taka (HLRW) lina kutumika mafuta reactor nyuklia (alitumia fimbo za mafuta ya nyuklia Hizi zina bidhaa za fission ya nyuklia, ambayo ni mionzi wenyewe. HLRW hii imehifadhiwa kwa muda katika bwawa kwenye mmea wa nguvu za nyuklia au cask kavu, mitungi ya chuma ndani ya chombo kingine, kilichofanywa kwa chuma au saruji (takwimu\(\PageIndex{d}\)). Vipande vya kavu vina gesi ya inert (isiyo ya kawaida) na inaweza kuwa iko kwenye mmea wa nguvu, mmea wa nguvu ulioharibiwa, au tovuti tofauti ya kuhifadhi. Upungufu wa kiwango cha juu cha mionzi inaweza kuhamishwa tu kwenye cask kavu baada ya mwaka mmoja wa baridi katika bwawa. Marekani haina hifadhi ya muda mrefu kwa ajili ya HLRW, na alitumia mafuta hivyo bado kuhifadhi muda mfupi.

    Mafuta ya muda mrefu katika silinda ndani ya silinda nyingine, ambayo ni karibu mara tatu zaidi kuliko mtu
    Kielelezo\(\PageIndex{d}\): Kavu casks muhuri alitumia fimbo mafuta katika canister, ambayo ni kuzungukwa na cask kubwa ya kuhifadhi. Vifungu vya makusanyiko ya mafuta yaliyotumiwa ni ndani. Picha na NRC (uwanja wa umma).

    Mlima wa Yucca huko Nevada ulipendekezwa kama tovuti ya kuhifadhi kijiolojia ya muda mrefu, ambapo HLRW inaweza kuzikwa kwa mamia ya maelfu ya miaka. Kituo cha kuhifadhi kilijengwa, lakini haijawahi kutumika kutokana na upinzani kutoka kwa wakazi wa eneo hilo na wasiwasi juu ya usalama wa kusafirisha HLNW (takwimu\(\PageIndex{e}\))

    Mazingira tasa yenye mlima mrefu
    Kielelezo\(\PageIndex{e}\): Yucca Mountain ni tovuti iliyopendekezwa kwa ajili ya kuhifadhi muda mrefu wa taka ya kiwango cha juu cha mionzi nchini Marekani, lakini si katika matumizi kutokana na utata wa kisiasa. Picha na whitehouse.gov (uwanja wa umma).

    Baadhi ya nchi reprocessing (kusaga) alitumia mafuta ya nyuklia, lakini hakuna kusindika au reprocessing kituo au shirikisho taka there sasa leseni nchini Marekani. Reprocessing hutenganisha sehemu useable ya mafuta alitumia na recycles kwa njia ya Reactor, kwa kutumia sehemu kubwa ya maudhui yake ya nishati kwa ajili ya uzalishaji wa umeme, na kutuma iliyobaki kiwango cha juu taka kwa hifadhi ya kudumu kijiolojia.

    Msukumo wa msingi wa reprocessing ni matumizi makubwa ya rasilimali za mafuta, kuchimba asilimia 25 zaidi ya nishati kuliko mara moja kupitia mzunguko. Motisha ya sekondari kwa ajili ya kuchakata ni kupunguza kwa kiasi kikubwa cha nafasi ya kudumu ya kuhifadhi kijiolojia (hadi 20% au chini ya kile kinachohitajika vinginevyo) na wakati (kutoka mamia ya maelfu ya miaka hadi maelfu ya miaka). Wakati faida hizi zinaonekana asili na rufaa kutokana na mtazamo endelevu, wao ni ngumu na hatari ya wizi wa nyenzo za nyuklia kutoka mzunguko reprocessing kwa ajili ya matumizi katika uzalishaji haramu silaha au ncha nyingine zisizo endelevu. Kwa sasa, Ufaransa, Uingereza, Urusi, Japan, na China hushiriki katika aina fulani ya upyaji upya; Marekani, Sweden, na Finland hazipatikani tena.

    Taka ya mionzi ya kiwango cha chini (LLRW) inahusu vitu vilivyoonekana kwa mionzi ni pamoja na nguo, filters, na kinga. Hizi zinaweza kuwa na saruji au risasi (kwa njia ambayo mionzi haiwezi kupita; takwimu\(\PageIndex{f}\)). Taka ya kiwango cha chini ni kawaida kuhifadhiwa kwenye mmea wa nguvu za nyuklia, ama mpaka imeharibika mbali na inaweza kutengwa kama takataka ya kawaida, au mpaka kiasi kikubwa cha kutosha kwa ajili ya usafirishaji kwenye moja ya maeneo tano ya kupoteza LLRW nchini Marekani (takwimu\(\PageIndex{g}\)).

    Chembe nne katika karatasi ya safu ya wima, mkono wa mtu, karatasi ya chuma, glasi ya maji, block nene ya saruji, na wima, uongozi mwembamba.
    Kielelezo\(\PageIndex{f}\): Maji, saruji nyembamba, risasi, na chuma (hazionyeshwa) zinaweza kuacha aina kadhaa za mionzi iliyotolewa kutoka kwa taka za mionzi. Kumbuka kwamba mionzi ya gamma inaweza kupenya vitu vyote hivi, lakini risasi, saruji, na chuma hutoa ngao ya sehemu. Uwezo wa aina tofauti za mionzi kupitisha nyenzo zinaonyeshwa. Kutoka angalau hadi wengi wanaopenya, ni alpha <beta </neutroni <gamma. Chembe ya juu iliyoorodheshwa imeundwa na nyanja mbili nyeupe na nyanja mbili za kijani ambazo zimeandikwa na ishara nzuri na zimeandikwa “Alpha.” Mshale unaoelekea kulia unaongoza kutoka kwa hili hadi kwenye karatasi. Chembe ya pili ni tufe nyekundu inayoitwa “Beta” na inafuatwa na mshale unaoelekea kulia unaopitia karatasi na ataacha mkononi. Chembe ya tatu ni tufe nyeupe inayoitwa “Neutron” na inafuatwa na mshale unaoelekea kulia unaopitia karatasi, mkono na chuma lakini umesimamishwa kwenye glasi ya maji. Chembe ya nne inaonyeshwa kwa mshale wa squiggly na inapita katika vitu vyote lakini huacha kuongoza. Masharti chini kusoma, kutoka kushoto kwenda kulia, “Karatasi,” “Metal,” “Maji,” “Zege” na “Kiongozi.” Picha na maelezo (yamebadilishwa) kutoka Maua, Theopold, na Langley/Openstax (CC-BY). Pakua kwa bure kwenye CNX.
    Sehemu ya kituo cha chini cha uharibifu wa taka za mionzi
    Kielelezo\(\PageIndex{g}\): Mchoro (juu) na picha (chini) ya taka ya kiwango cha chini cha mionzi (LLRW au LLW) tovuti ya ovyo. Katika mchoro, taka ya kiwango cha chini iko katika canisters ndani ya vaults halisi. Hii imezungukwa na udongo usiofaa na kurudi nyuma. Mfumo wa mifereji ya maji huzuia taka kutokana na kuchafua maji ya chini. Kituo chote cha ovyo ni chini ya ardhi, na safu ya udongo wa juu iko juu yake. Tovuti ya ovyo katika picha inakubali taka kutoka kwa nchi zinazoshiriki katika mkataba wa ovyo wa kikanda. Taka imefungwa kwenye makopo na kuzikwa kwa kina. Picha na NRC (uwanja wa umma).

    Uboreshaji wa uranium hutoa hexafluoride ya uranium iliyoharibika (DUF 6), au mikia ya kinu ya uranium, kama byproduct, ambayo haina viwango vya juu vya kutosha vya 235 U kutumia kama mafuta ya nyuklia lakini bado ni hatari. Tailings inawakilisha asilimia kubwa ya taka za nyuklia kwa kiasi, na kuna zaidi ya tani milioni 200 za mionzi mill-tailings nchini Marekani. Tailings zina vipengele kadhaa vya mionzi ikiwa ni pamoja na radiamu, ambayo huharibika ili kuzalisha radon, gesi ya mionzi. Wao ni kuhifadhiwa katika vikwazo, mashimo yaliyowekwa kwenye ardhi ambayo imejaa maji, katika maeneo ya mbali. Deconversion inahusisha kemikali kutibu tailings ili kupunguza hatari zao ili waweze kuhifadhiwa kama LLRW.

    majanga nyuklia

    Kuna tahadhari nyingine nyingi za udhibiti zinazosimamia kuruhusu, ujenzi, uendeshaji, na kutenganisha mitambo ya nguvu za nyuklia kutokana na hatari kutokana na majibu ya nyuklia yasiyodhibitiwa. Uwezekano wa uchafuzi wa hewa, maji na chakula ni juu lazima majibu yasiyodhibitiwa kutokea. Hata wakati wa kupanga matukio mabaya zaidi, daima kuna hatari za matukio yasiyotarajiwa. Ajali za nyuklia katika Tatu Mile Island, Chernobyl (angalia Sura Hook), na Fukushima alimfufua wasiwasi kuhusu usalama wa nguvu za nyuklia.

    Ajali ya Tatu Mile Island ilitokea Pennsylvania mwaka 1979. Ilikuwa ni mgogoro wa sehemu ambayo ilisababisha kushindwa kwa umeme na makosa katika uendeshaji. Hakukuwa na vifo vya moja kwa moja. Uchunguzi ulichunguza uwezekano wa kuathiriwa na mionzi kutokana na ajali moja kwa moja na kusababisha vifo kwa njia ya kuongezeka kwa viwango vya kansa au magonjwa mengine, lakini hakukuwa na ushahidi wa hili. Kwa upande mwingine, mgogoro wa 1986 katika Chernobyl Nuclear Power Plant katika kile sasa Ukraine ilikuwa na jukumu la vifo 50 vya moja kwa moja. Maafa haya yalitokea kutokana na mtihani wa mifumo ya dharura gone vibaya. Makadirio ya vifo vya moja kwa moja kutokana na yatokanayo na mionzi huanzia

    Majadiliano ya kimataifa kuhusu nishati ya nyuklia yameathiriwa sana na tetemeko la ardhi la Machi 2011 na tsunami iliyofuata ambayo iliathiri Japan ilisababisha kuharibika kwa reactor katika Kituo cha Nuclear Power Fukushima Daiichi na kusababisha uharibifu mkubwa kwa eneo jirani Janga hilo lilemaza mfumo wa baridi kwa tata ya nishati ya nyuklia, hatimaye kusababisha mgogoro wa sehemu ya baadhi ya vipande vya reactor na kutolewa kwa mionzi muhimu. Mpangilio wa mitambo (mitambo ya maji ya moto) ilifanya iwe vigumu zaidi kufuta mfumo bila kutoa mionzi. Kuchochea mafuta ya mionzi yalizalisha kiasi kikubwa cha maji yaliyochafuliwa, na maafa yaligharimu angalau dola bilioni 300. Wakati hapakuwa na vifo vya haraka, mtu mmoja baadaye alikufa kutokana na kansa inayohusishwa na yatokanayo na mionzi. Maelfu walikufa kutokana na matatizo yanayohusiana na uokoaji, na takriban asilimia 20 ya waokoaji zaidi ya 160,000 walikuwa bado hawajarudi nyumbani kama mwaka 2019.

    Nne mitambo katika Fukushima maafa ni diagrammedAngani mtazamo wa mitambo ya nyuklia venting mvuke
    Kielelezo\(\PageIndex{g}\): Kushoto: Mchoro (takriban) ya ajali za mmea wa Nuclear Power Fukushima I. (1) Kitengo cha 1: Mlipuko, paa iliyopigwa mnamo 12 Machi. (2) Unit 2: Mlipuko mnamo 15 Machi; maji yaliyotokana na mfereji wa chini ya ardhi, kuvuja iwezekanavyo kutoka chumba cha kukandamiza. (3) Unit 3: Mlipuko, ujenzi halisi kuharibiwa juu ya 14 Machi, inawezekana plutonium leak. (4) Moto juu ya 15 Machi; kiwango cha maji katika mabwawa ya mafuta alitumia sehemu kurejeshwa. (5) Mitaro nyingi: uwezekano chanzo cha maji machafu, sehemu ya chini ya ardhi, kuvuja kusimamishwa juu ya 6 Aprili. Haki: Plant Fukushima I Nuclear Power baada ya tetemeko la ardhi la Tōhoku 2011 na tsunami. Reactor 1 kwa 4 kutoka kulia kwenda kushoto. Picha ya kushoto na maelezo (yamebadilishwa) na Sodacan (CC-BY). Picha na maelezo sahihi na Digital Globe (CC-BY-SA).

    Kipengele cha Maingiliano

    Hii sehemu ya dakika tatu, Nini Recovery Inaonekana Katika Japan Karibu Muongo Baada ya Fukushima Nuclear Maafa, hutoa juu ya update juu ya waokoaji kutoka Fukushima janga nyuklia.

    Attribution

    Ilibadilishwa na Melissa Ha kutoka vyanzo vifuatavyo: