ატომური ენერგეტიკა

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                     ატომური ენერგეტიკა

პალო ვერდეს ატომური ელექტროსადგური არის ყველაზე დიდი ატომური ელექტროსადგური შეერთებულ შტატებში, რომელიც მდებარეობს უდაბნოში, მსოფლიოში ერთ-ერთი იმ რამდენიმე ატომური ელექტროსადგურიდან, რომელიც არ მდებარეობს წყლის დიდ ობიექტთან ახლოს.

ბირთვული ენერგია (ატომური ენერგია) არის ენერგიის ის ფილიალი, რომელიც აწარმოებს ელექტრო და თერმულ ენერგიას ბირთვული ენერგიის გარდაქმნით.

ბირთვული ენერგია ჩვეულებრივ წარმოიქმნება პლუტონიუმ-239 ან ურანი-235 ბირთვების ბირთვული დაშლის ჯაჭვური რეაქციის გამოყენებით. ბირთვების დაშლა ხდება ნეიტრონის დარტყმისას, წარმოქმნის ახალ ნეიტრონებს და დაშლის ფრაგმენტებს. დაშლის ნეიტრონებს და დაშლის ფრაგმენტებს აქვთ მაღალი კინეტიკური ენერგია. ფრაგმენტების სხვა ატომებთან შეჯახების შედეგად ეს კინეტიკური ენერგია სწრაფად გარდაიქმნება სითბოდ.

ბირთვული ენერგია იწარმოება ატომურ ელექტროსადგურებში და გამოიყენება ატომურ ყინულმჭრელ და ატომურ წყალქვეშა ნავებზე; რუსეთი ახორციელებს ბირთვული სარაკეტო ძრავის შექმნისა და გამოცდის პროგრამას, შეერთებულმა შტატებმა შეაჩერა პროგრამა კოსმოსური ხომალდებისთვის ატომური ძრავის შესაქმნელად, ასევე მცდელობა იყო შეექმნათ ბირთვული ძრავა თვითმფრინავებისთვის (ბირთვული თვითმფრინავები) და "ბირთვული" ტანკებისთვის.

იხ.ვიდეო - სჭირდება თუ არა მსოფლიოს ბირთვული ენერგია?!

ტექნიკა

საწვავის ციკლი

მთავარი სტატია: ბირთვული საწვავის ციკლი

ბირთვული ენერგია ემყარება ბირთვული საწვავის გამოყენებას, რომლის სამრეწველო პროცესების ნაკრები წარმოადგენს ბირთვული საწვავის ციკლს. მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს სხვადასხვა ტიპის საწვავის ციკლი, რაც დამოკიდებულია როგორც რეაქტორის ტიპზე, ასევე ციკლის საბოლოო ეტაპის მახასიათებლებზე, ისინი ჩვეულებრივ იზიარებენ საერთო ნაბიჯებს.

ურანის მადნის მოპოვება.

ურანის მადნის დამსხვრევა

ურანის დიოქსიდის გამოყოფა, ე.წ ყვითელი ჰაკი, ნარჩენებისგან, ასევე რადიოაქტიური, მიდის ნაგავსაყრელზე.

ურანის დიოქსიდის გადაქცევა აირისებრ ურანის ჰექსაფტორიდად.

ურანის გამდიდრება არის ურანის 235-ის კონცენტრაციის გაზრდის პროცესი, რომელიც ხორციელდება სპეციალურ იზოტოპური სეპარაციის ქარხნებში.

ურანის ჰექსაფტორიდის საპირისპირო გადაქცევა ურანის დიოქსიდში საწვავის მარცვლების სახით.

საწვავის ელემენტების წარმოება (შემოკლებით, როგორც საწვავის ელემენტები) მარცვლებიდან, რომლებიც აწყობილი სახით შეჰყავთ ატომური ელექტროსადგურის ბირთვული რეაქტორის აქტიურ ზონაში.

დახარჯული საწვავის მოპოვება.

დახარჯული საწვავის გაგრილება.

დახარჯული საწვავის დაკრძალვა სპეციალურ საცავში.

ექსპლუატაციის დროს წარმოქმნილი დაბალი დონის რადიოაქტიური ნარჩენები ამოღებულია ტექნიკური სამუშაოების დროს. მისი ექსპლუატაციის ვადის ბოლოს, თავად რეაქტორი გამორთულია, დემონტაჟს თან ახლავს დეკონტამინაცია და რეაქტორის ნაწილების განადგურება.

ბირთვული რეაქტორი

მთავარი სტატია: ბირთვული რეაქტორი

ბირთვული რეაქტორი არის მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია კონტროლირებადი თვითშენარჩუნებული დაშლის ჯაჭვური რეაქციის ორგანიზებისთვის, რომელსაც ყოველთვის თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა.

პირველი ბირთვული რეაქტორი აშენდა და ამოქმედდა 1942 წლის დეკემბერში აშშ-ში ე.ფერმის ხელმძღვანელობით. პირველი რეაქტორი, რომელიც აშენდა შეერთებული შტატების ფარგლებს გარეთ, იყო ZEEP, რომელიც გაუშვა კანადაში 1945 წლის 5 სექტემბერს. ევროპაში პირველი ატომური რეაქტორი იყო F-1 ინსტალაცია, რომელიც 1946 წლის 25 დეკემბერს მოსკოვში ი.ვ. კურჩატოვის ხელმძღვანელობით დაიწყო მუშაობა. 1978 წლისთვის მსოფლიოში უკვე მოქმედებდა სხვადასხვა ტიპის ასამდე ბირთვული რეაქტორი.

არსებობს სხვადასხვა ტიპის რეაქტორები, მათ შორის ძირითადი განსხვავებები განპირობებულია საწვავითა და გამაგრილებლით, რომლებიც გამოიყენება ბირთვის საჭირო ტემპერატურის შესანარჩუნებლად, ხოლო მოდერატორი გამოიყენება ბირთვული დაშლის შედეგად გამოთავისუფლებული ნეიტრონების სიჩქარის შესამცირებლად, ჯაჭვური რეაქციის საჭირო სიჩქარის შესანარჩუნებლად.

ყველაზე გავრცელებული ტიპია მსუბუქი წყლის რეაქტორი, რომელიც იყენებს გამდიდრებულ ურანს საწვავად და იყენებს ჩვეულებრივ წყალს, ეგრეთ წოდებულ „წყლით გაცივებულ“ რეაქტორს, როგორც გამაგრილებელს და როგორც მოდერატორს. "ადვილი". მას აქვს ორი ძირითადი სახეობა:

მდუღარე წყლის რეაქტორი, სადაც ორთქლი, რომელიც ამოძრავებს ტურბინებს, წარმოიქმნება უშუალოდ ბირთვში

წყლის ზომიერი დენის რეაქტორი, რომელშიც ორთქლი წარმოიქმნება აქტიურ ზონასთან დაკავშირებულ წრეში სითბოს გადამცვლელებით და ორთქლის გენერატორებით.

გაზის გაცივებული ბირთვული რეაქტორი გრაფიტის მოდერატორით ფართოდ გავრცელდა იმის გამო, რომ ეფექტურად აწარმოოს იარაღის ხარისხის პლუტონიუმი და გამოიყენოს გაუმდიდრებელი ურანი.

მძიმე წყლის რეაქტორი იყენებს მძიმე წყალს, როგორც გამაგრილებლად და მოდერატორად, და გაუმდიდრებელ ურანს, როგორც საწვავს და ძირითადად გამოიყენება კანადაში, რომელსაც აქვს საკუთარი ურანის მადნის საბადოები.

ისტორია

პირველი ნათურები, რომლებიც ოდესმე აანთეს ელექტროენერგიით, რომელიც წარმოიქმნა ბირთვული ენერგიის მიერ EBR-1-ზე არგონის ეროვნულ ლაბორატორიაში-დასავლეთში, 1951 წლის 20 დეკემბერი.

ბირთვული დაშლის პროცესი აღმოაჩინეს 1938 წელს რადიოაქტიურობის მეცნიერებაზე ოთხ ათწლეულზე მეტი მუშაობის შემდეგ და ახალი ბირთვული ფიზიკის შემუშავების შემდეგ, რომელიც აღწერდა ატომების კომპონენტებს. დაშლის პროცესის აღმოჩენის შემდეგ მალევე გაირკვა, რომ დაშლის ბირთვის მიერ გამოთავისუფლებულ ნეიტრონებს შეეძლოთ, სწორ პირობებში, გამოეწვიათ დაშლა ახლომდებარე ბირთვებში, რითაც დაიწყო თვითშენარჩუნებული ჯაჭვური რეაქცია. მას შემდეგ, რაც ეს ექსპერიმენტულად დადასტურდა 1939 წელს, მრავალი ქვეყნის მეცნიერებმა შუამდგომლობით მიმართეს თავიანთ მთავრობებს ბირთვული დაშლის კვლევის მხარდასაჭერად, სწორედ მეორე მსოფლიო ომის მიჯნაზე, ბირთვული იარაღის შესაქმნელად.

შეერთებულ შტატებში, ამ კვლევითმა მცდელობებმა გამოიწვია პირველი ადამიანის მიერ შექმნილი ბირთვული რეაქტორის შექმნა, Chicago Pile-1 ჩიკაგოს უნივერსიტეტის Stagg Field სტადიონის ქვეშ, რომელმაც მიაღწია კრიტიკას 1942 წლის 2 დეკემბერს. რეაქტორის განვითარება იყო მანჰეტენის პროექტის ნაწილი, მოკავშირეთა ძალისხმევა მეორე მსოფლიო ომის დროს ატომური ბომბების შესაქმნელად. ამან გამოიწვია უფრო დიდი ერთი დანიშნულების წარმოების რეაქტორების აშენება იარაღის კლასის პლუტონიუმის წარმოებისთვის პირველ ბირთვულ იარაღში გამოსაყენებლად. შეერთებულმა შტატებმა პირველი ბირთვული იარაღი გამოსცადა 1945 წლის ივლისში, სამების ტესტი, ხოლო ჰიროშიმასა და ნაგასაკის ატომური დაბომბვა მოხდა ერთი თვის შემდეგ.

USS Nautilus-ის გაშვების ცერემონია 1954 წლის იანვარში. 1958 წელს ის გახდება პირველი ხომალდი, რომელიც მიაღწია ჩრდილოეთ პოლუსს.

პირველი ელექტროენერგიის გამომუშავება

პირველი ორგანიზაცია, რომელმაც შექმნა პრაქტიკული ბირთვული ენერგია, იყო აშშ-ს საზღვაო ფლოტი, S1W რეაქტორით წყალქვეშა ნავებისა და ავიამზიდების გადაადგილების მიზნით. პირველი ატომური წყალქვეშა ნავი, USS Nautilus, 1954 წლის იანვარში გაიხსნა. S1W რეაქტორი იყო წნევის ქვეშ მყოფი წყლის რეაქტორი. ეს დიზაინი არჩეული იყო იმის გამო, რომ ის უფრო მარტივი, კომპაქტური და უფრო ადვილი იყო ოპერირებად ალტერნატიულ დიზაინებთან შედარებით, ამდენად უფრო შესაფერისი წყალქვეშა ნავებში გამოსაყენებლად. ამ გადაწყვეტილების შედეგად, PWR იქნება არჩევითი რეაქტორი ასევე ელექტროენერგიის წარმოებისთვის, რაც გრძელვადიან გავლენას მოახდენს სამოქალაქო ელექტროენერგიის ბაზარზე მომავალ წლებში.

1954 წლის 27 ივნისს, ობნინსკის ატომური ელექტროსადგური სსრკ-ში გახდა მსოფლიოში პირველი ატომური ელექტროსადგური, რომელმაც გამოიმუშავა ელექტროენერგია ელექტრო ქსელისთვის და გამოიმუშავა დაახლოებით 5 მეგავატი ელექტროენერგია. მსოფლიოში პირველი კომერციული ატომური ელექტროსადგური, კალდერ ჰოლი Windscale-ში, ინგლისი, 1956 წლის 27 აგვისტოს დაუკავშირდა ეროვნულ ელექტრო ქსელს. I თაობის სხვა რეაქტორებთან ერთად, ქარხანას ჰქონდა ორმაგი დანიშნულება ელექტროენერგიის და პლუტონიუმ-239-ის წარმოებაში, ეს უკანასკნელი ბრიტანეთში ბირთვული იარაღის ახალი პროგრამისთვის.

კალდერ ჰოლის ატომური ელექტროსადგური გაერთიანებულ სამეფოში, მსოფლიოში პირველი კომერციული ატომური ელექტროსადგური

გაფართოება და პირველი ოპოზიცია

მთლიანი გლობალური დადგმული ბირთვული სიმძლავრე თავდაპირველად შედარებით სწრაფად გაიზარდა, 1960 წელს 1 გიგავატზე (GW) ნაკლებიდან 1970-იანი წლების ბოლოს 100 გვტ-მდე გაიზარდა. 1970-იან და 1980-იან წლებში მზარდმა ეკონომიკურმა ხარჯებმა (მშენებლობის გახანგრძლივებასთან დაკავშირებული ძირითადად მარეგულირებელი ცვლილებებისა და ზეწოლის ჯგუფის სასამართლო პროცესის გამო) და წიაღისეული საწვავის ფასების დაცემამ, მაშინ მშენებარე ატომური ელექტროსადგურები ნაკლებად მიმზიდველი გახადა. 1980-იან წლებში შეერთებულ შტატებში და 1990-იან წლებში ევროპაში, ბრტყელი ელექტრო ქსელის ზრდამ და ელექტროენერგიის ლიბერალიზაციამ ასევე ეკონომიკურად არამიმზიდველი გახადა დიდი ახალი ძირითადი დატვირთვის ენერგიის გენერატორების დამატება.

1973 წლის ნავთობის კრიზისმა მნიშვნელოვანი გავლენა იქონია ისეთ ქვეყნებზე, როგორებიცაა საფრანგეთი და იაპონია, რომლებიც უფრო მეტად ეყრდნობოდნენ ნავთობზე ელექტროენერგიის წარმოებას ბირთვულ ენერგიაში ინვესტიციებისთვის. საფრანგეთი ააშენებს 25 ატომურ ელექტროსადგურს მომდევნო 15 წლის განმავლობაში,  და 2019 წლის მონაცემებით, საფრანგეთის ელექტროენერგიის 71% წარმოებული იყო ატომური ენერგიის მიერ, რაც ყველაზე მაღალი პროცენტია მსოფლიოს ნებისმიერ ქვეყანაში.

1960-იანი წლების დასაწყისში შეერთებულ შტატებში გაჩნდა ზოგიერთი ადგილობრივი წინააღმდეგობა ბირთვულ ენერგიასთან. 1960-იანი წლების ბოლოს, სამეცნიერო საზოგადოების ზოგიერთმა წევრმა დაიწყო გამოხატული შეშფოთების გამოხატვა. ეს ანტიბირთვული შეშფოთება დაკავშირებულია ბირთვულ ავარიებთან, ბირთვულ გავრცელებასთან, ბირთვულ ტერორიზმთან და რადიოაქტიური ნარჩენების განადგურებასთან. 1970-იანი წლების დასაწყისში დიდი პროტესტი იყო შემოთავაზებული ატომური ელექტროსადგურის შესახებ Wyhl, გერმანია. პროექტი გაუქმდა 1975 წელს. ანტიბირთვულმა წარმატებამ Wyhl-ში გააჩინა წინააღმდეგობა ატომური ენერგიის წინააღმდეგ ევროპისა და ჩრდილოეთ ამერიკის სხვა ნაწილებში.

1970-იანი წლების შუა პერიოდისთვის ანტიბირთვულმა აქტივიზმმა მოიპოვა უფრო ფართო მიმზიდველობა და გავლენა და ბირთვული ენერგია გახდა მთავარი საზოგადოებრივი პროტესტის საკითხი. ზოგიერთ ქვეყანაში ატომურმა კონფლიქტმა "მიაღწია უპრეცედენტო ინტენსივობას ტექნოლოგიური დაპირისპირების ისტორიაში". გაზრდილმა საზოგადოებრივმა მტრობამ ბირთვული ენერგიის მიმართ განაპირობა ლიცენზიის შესყიდვის პროცესის გახანგრძლივება, მეტი რეგულაციები და უსაფრთხოების აღჭურვილობის მოთხოვნების გაზრდა, რამაც ახალი მშენებლობა გაცილებით ძვირი გახადა. შეერთებულ შტატებში, მსუბუქი წყლის რეაქტორის 120-ზე მეტი წინადადება საბოლოოდ გაუქმდა და ახალი რეაქტორების მშენებლობა შეჩერდა. 1979 წელს მომხდარმა ავარიამ Three Mile Island-ზე დაღუპვის გარეშე, მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა ბევრ ქვეყანაში ახალი ქარხნების მშენებლობების რაოდენობის შემცირებაში.

ჩერნობილი და რენესანსი

1986 წლიდან მიტოვებული ქალაქი პრიპიატი, ჩერნობილის ქარხანა და ჩერნობილის ახალი უსაფრთხო პატიმრობის თაღი.

1980-იან წლებში საშუალოდ ყოველ 17 დღეში ერთი ახალი ბირთვული რეაქტორი იწყებოდა. ათწლეულის ბოლოსთვის გლობალური დადგმული ბირთვული სიმძლავრე 300 გიგავატს მიაღწია. 1980-იანი წლების ბოლოდან ახალი სიმძლავრის დამატებები მნიშვნელოვნად შენელდა, 2005 წელს დადგმულმა ბირთვულმა სიმძლავრემ 366 გვტ-ს მიაღწია.

1986 წლის ჩერნობილის კატასტროფამ სსრკ-ში, რომელშიც ჩართული იყო RBMK რეაქტორი, შეცვალა ბირთვული ენერგიის განვითარება და მიიყვანა მეტი ყურადღება საერთაშორისო უსაფრთხოებისა და მარეგულირებელი სტანდარტების დაცვაზე. იგი ითვლება ისტორიაში ყველაზე უარეს ატომურ კატასტროფად, როგორც მთლიანი მსხვერპლით, 56 პირდაპირი დაღუპვით, ასევე ფინანსურად, გაწმენდით და ღირებულებით 18 მილიარდ რუბლს შეადგენს (68 მილიარდი აშშ დოლარი 2019 წელს, ინფლაციის მიხედვით მორგებული). საერთაშორისო ორგანიზაცია ბირთვულ ობიექტებში უსაფრთხოების ინფორმირებულობისა და ოპერატორების პროფესიული განვითარების ხელშეწყობისთვის, ბირთვული ოპერატორების მსოფლიო ასოციაცია (WANO), შეიქმნა 1986 წლის ჩერნობილის ავარიის პირდაპირი შედეგით. ჩერნობილის კატასტროფამ მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა მომდევნო წლებში ახალი ქარხნების მშენებლობების რაოდენობის შემცირებაში. ამ მოვლენების გავლენით, იტალიამ 1987 წლის რეფერენდუმზე ხმა მისცა ბირთვულ ენერგიას  და გახდა პირველი ქვეყანა, რომელმაც 1990 წელს ეტაპობრივად გააუქმა ბირთვული ენერგია.

Olkiluoto 3 მშენებარე იყო 2009 წელს. ეს იყო პირველი EPR, მოდერნიზებული PWR დიზაინი, რომელმაც დაიწყო მშენებლობა.

2000-იანი წლების დასაწყისში ბირთვული ენერგია ელოდა ბირთვულ რენესანსს, ახალი რეაქტორების მშენებლობის ზრდას, ნახშირორჟანგის ემისიების შეშფოთების გამო. ამ პერიოდის განმავლობაში დაიწყო ახალი თაობის III რეაქტორების მშენებლობა, როგორიცაა EPR.

ბირთვული რენესანსის პერსპექტივები შეფერხდა კიდევ ერთი ბირთვული ავარიის გამო. 2011 წლის ფუკუშიმა დაიჩის ბირთვული ავარია გამოიწვია ტოჰოკუს მიწისძვრამ და ცუნამმა, ერთ-ერთმა ყველაზე დიდმა მიწისძვრამ. ფუკუშიმა დაიჩის ატომურ ელექტროსადგურს სამი ბირთვის დნობა განიცადა ელექტროენერგიის ნაკლებობის გამო საგანგებო გაგრილების სისტემის გაუმართაობის გამო. ამან გამოიწვია ყველაზე სერიოზული ბირთვული ავარია ჩერნობილის კატასტროფის შემდეგ.

ავარიამ გამოიწვია ბირთვული უსაფრთხოებისა და ბირთვული ენერგიის პოლიტიკის ხელახალი გამოკვლევა მრავალ ქვეყანაში. გერმანიამ დაამტკიცა გეგმები 2022 წლისთვის ყველა მისი რეაქტორის დახურვის შესახებ და ბევრმა სხვა ქვეყანამ გადახედა ბირთვულ ენერგეტიკულ პროგრამებს. კატასტროფის შემდეგ, იაპონიამ დახურა ყველა ბირთვული ენერგიის რეაქტორი, ზოგიერთი მათგანი სამუდამოდ, და 2015 წელს დაიწყო ეტაპობრივი პროცესი დარჩენილი 40 რეაქტორის გადატვირთვისთვის, უსაფრთხოების შემოწმების შემდეგ და ოპერაციებისა და საზოგადოების დამტკიცების შესწორებული კრიტერიუმების საფუძველზე.

2022 წელს იაპონიის მთავრობამ პრემიერ მინისტრ ფუმიო კიშიდას ხელმძღვანელობით განაცხადა, რომ 2011 წლის კატასტროფის შემდეგ კიდევ 10 ატომური ელექტროსადგური უნდა გახსნილიყო. კიშიდა ასევე უბიძგებს კვლევისა და ახალი უფრო უსაფრთხო ატომური სადგურების მშენებლობას, რათა დაიცვას იაპონელი მომხმარებლები წიაღისეული საწვავის ბაზრის მერყევი ფასისგან და შეამციროს იაპონიის სათბურის გაზების ემისიები. კიშიდა აპირებს, რომ იაპონია გახდეს ბირთვული ენერგიისა და ტექნოლოგიების მნიშვნელოვანი ექსპორტიორი მსოფლიოს განვითარებად ქვეყნებში.

მიმდინარე პერსპექტივები

2015 წლისთვის, IAEA-ს პერსპექტივა ბირთვულ ენერგიაზე უფრო პერსპექტიული გახდა, რაც აცნობიერებდა დაბალ ნახშირბადის წარმოების მნიშვნელობას კლიმატის ცვლილების შერბილებისთვის. 2015 წლის მდგომარეობით, გლობალური ტენდენცია იყო, რომ ახალი ატომური ელექტროსადგურები ინტერნეტში შემოდიოდნენ, დაბალანსებული იქნებოდა პენსიაზე გასული ძველი სადგურების რაოდენობის მიხედვით. 2018 წლის მონაცემებით, დაგეგმილი იყო 150-ზე მეტი ბირთვული რეაქტორი, მათ შორის 50 მშენებარე. 2019 წლის იანვარში ჩინეთს ჰქონდა 45 რეაქტორი ექსპლუატაციაში, 13 მშენებარე და გეგმავდა კიდევ 43-ის აშენებას, რაც მას მსოფლიოში ბირთვული ელექტროენერგიის უდიდეს გენერატორად აქცევდა. 2021 წლის მონაცემებით, 17 რეაქტორი მშენებარე იყო. ჩინეთმა ააშენა გაცილებით ნაკლები რეაქტორი, ვიდრე თავდაპირველად იყო დაგეგმილი. 2019 წელს მისი წილი ატომური ენერგიის ელექტროენერგიაში 5% იყო და დამკვირვებლებმა გააფრთხილეს, რომ რისკებთან ერთად, ენერგიის გამომუშავების ეკონომიკის ცვალებადობამ შეიძლება გამოიწვიოს ახალი ატომური ენერგეტიკული სადგურების აზრი აღარ ჰქონდეს იმ სამყაროში, რომელიც მიდრეკილია უფრო იაფი, უფრო საიმედო განახლებადი ენერგიისკენ.

2021 წლის ოქტომბერში იაპონიის კაბინეტმა დაამტკიცა 2030 წლამდე ელექტროენერგიის გამომუშავების ახალი გეგმა, რომელიც მომზადდა ბუნებრივი რესურსების და ენერგიის სააგენტოს (ANRE) და საკონსულტაციო კომიტეტის მიერ, საჯარო კონსულტაციების შემდეგ. 2030 წლის ბირთვული სამიზნე მოითხოვს კიდევ ათი რეაქტორის გადატვირთვას. პრემიერ მინისტრმა ფუმიო კიშიდამ 2022 წლის ივლისში გამოაცხადა, რომ ქვეყანამ უნდა განიხილოს მოწინავე რეაქტორების აშენება და ექსპლუატაციის ლიცენზიების გახანგრძლივება 60 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში.

2022 წლის მონაცემებით, ნავთობისა და გაზის მსოფლიო ფასების ზრდასთან ერთად, სანამ გერმანია განაახლებს ქვანახშირის ქარხნებს რუსული გაზის დანაკარგთან გასამკლავებლად, რომელიც მას სჭირდება ენერგეტიკული ენერგიის შესავსებად,  ბევრმა სხვა ქვეყანამ გამოაცხადა ამბიციური გეგმები განაახლოს მოძველებული ბირთვული წარმოების სიმძლავრე ახალი ინვესტიციებით. საფრანგეთის პრეზიდენტმა ემანუელ მაკრონმა გამოაცხადა თავისი განზრახვა აეშენებინა ექვსი ახალი რეაქტორი მომდევნო ათწლეულებში, რაც 2050 წლისთვის საფრანგეთის ნახშირბადის ნეიტრალიტეტისკენ სწრაფვის ცენტრში აყენებს ბირთვულს. იმავდროულად, შეერთებულ შტატებში, ენერგეტიკის დეპარტამენტი, კომერციულ სუბიექტებთან, TerraPower და X-energy თანამშრომლობით, გეგმავს 2027 წლისთვის ორი განსხვავებული მოწინავე ბირთვული რეაქტორის აშენებას, შემდგომი გეგმებით ბირთვული განხორციელებისთვის მისი გრძელვადიანი მწვანე ენერგიისა და ენერგეტიკული უსაფრთხოების მიზნებში.

ელექტროსადგურები

აგრეთვე: კომერციული ბირთვული რეაქტორების სია და ატომური ელექტროსადგურების სია

ატომური ელექტროსადგურები არის თბოელექტროსადგურები, რომლებიც გამოიმუშავებენ ელექტროენერგიას ბირთვული დაშლის შედეგად გამოთავისუფლებული თერმული ენერგიის გამოყენებით. დაშლის ატომური ელექტროსადგური ძირითადად შედგება: ბირთვული რეაქტორისაგან, რომელშიც მიმდინარეობს სითბოს წარმოქმნის ბირთვული რეაქციები; გაგრილების სისტემა, რომელიც შლის სითბოს რეაქტორის შიგნიდან; ორთქლის ტურბინა, რომელიც სითბოს გარდაქმნის მექანიკურ ენერგიად; ელექტრო გენერატორი, რომელიც გარდაქმნის მექანიკურ ენერგიას ელექტრო ენერგიად.

როდესაც ნეიტრონი ურანის 235-ის ან პლუტონიუმის ატომის ბირთვს ეჯახება, მას შეუძლია ბირთვის გაყოფა ორ პატარა ბირთვად, რაც არის ბირთვული დაშლის რეაქცია. რეაქცია ათავისუფლებს ენერგიას და ნეიტრონებს. გამოთავისუფლებულ ნეიტრონებს შეუძლიათ მოხვდნენ ურანის ან პლუტონიუმის სხვა ბირთვებში, რამაც გამოიწვიოს ახალი დაშლის რეაქციები, რაც ათავისუფლებს მეტ ენერგიას და მეტ ნეიტრონს. ამას ჯაჭვურ რეაქციას უწოდებენ. უმეტეს კომერციულ რეაქტორებში, რეაქციის სიჩქარე შეიცავს საკონტროლო ღეროებს, რომლებიც შთანთქავენ ზედმეტ ნეიტრონებს. ბირთვული რეაქტორების კონტროლირებადობა დამოკიდებულია იმაზე, რომ დაშლის შედეგად წარმოქმნილი ნეიტრონების მცირე ნაწილი დაგვიანებულია. გაყოფასა და ნეიტრონების გათავისუფლებას შორის დროის დაყოვნება ანელებს რეაქციის სიჩქარის ცვლილებებს და აძლევს დროს საკონტროლო ღეროების გადაადგილებას რეაქციის სიჩქარის დასარეგულირებლად.

საწვავის ციკლი

ძირითადი სტატიები: ბირთვული საწვავის ციკლი და ინტეგრირებული ბირთვული საწვავის ციკლის საინფორმაციო სისტემა

ბირთვული საწვავის სიცოცხლის ციკლი იწყება ურანის მოპოვებით. ურანის საბადო შემდეგ გარდაიქმნება მადნის კომპაქტურ კონცენტრატად, რომელიც ცნობილია როგორც ყვითელი ნამცხვარი (U3O8), ტრანსპორტირების გასაადვილებლად. დაშლის რეაქტორებს ზოგადად სჭირდებათ ურანი-235, ურანის დაშლის იზოტოპი. ურანი-235-ის კონცენტრაცია ბუნებრივ ურანში დაბალია (დაახლოებით 0,7%). ზოგიერთ რეაქტორს შეუძლია გამოიყენოს ეს ბუნებრივი ურანი საწვავად, მათი ნეიტრონული ეკონომიის მიხედვით. ამ რეაქტორებს ძირითადად აქვთ გრაფიტის ან მძიმე წყლის მოდერატორები. მსუბუქი წყლის რეაქტორებისთვის, ყველაზე გავრცელებული ტიპის რეაქტორებისთვის, ეს კონცენტრაცია ძალიან დაბალია და ის უნდა გაიზარდოს ურანის გამდიდრების პროცესით. სამოქალაქო მსუბუქი წყლის რეაქტორებში ურანი ჩვეულებრივ გამდიდრებულია 3,5–5% ურანი-235-მდე. შემდეგ ურანი ჩვეულებრივ გარდაიქმნება ურანის ოქსიდად (UO2), კერამიკულად, რომელიც შემდეგ კომპრესიულად აგლომერდება საწვავის მარცვლებად, რომელთა დასტა ქმნის კონკრეტული რეაქტორის შესაბამისი შემადგენლობისა და გეომეტრიის საწვავის წნელებს.

რეაქტორში გარკვეული დროის გასვლის შემდეგ, საწვავს ექნება შემცირებული დაშლის მასალა და გაზრდილი დაშლის პროდუქტები, სანამ მისი გამოყენება არაპრაქტიკული გახდება. ამ ეტაპზე, დახარჯული საწვავი გადაინაცვლებს დახარჯული საწვავის აუზში, რომელიც უზრუნველყოფს თერმული სითბოს გაგრილებას და იცავს მაიონებელი გამოსხივებისთვის. რამდენიმე თვის ან წლის შემდეგ, დახარჯული საწვავი რადიოაქტიურად და თერმულად საკმარისად მაგარია, რომ გადაიტანოს მშრალ შესანახ კასრებში ან გადამუშავდეს.

ურანის რესურსები

ურანი-238 (ლურჯი) და ურანი-235 (წითელი) იზოტოპების პროპორციები, რომლებიც ნაპოვნია ბუნებრივ ურანში და გამდიდრებულ ურანში სხვადასხვა გამოყენებისთვის. მსუბუქი წყლის რეაქტორები იყენებენ 3-5%-ით გამდიდრებულ ურანს, ხოლო CANDU რეაქტორები მუშაობენ ბუნებრივ ურანთან.

ურანი საკმაოდ გავრცელებული ელემენტია დედამიწის ქერქში: ის დაახლოებით ისეთივე გავრცელებულია, როგორც კალის ან გერმანიუმი და დაახლოებით 40-ჯერ უფრო გავრცელებულია ვიდრე ვერცხლი.ურანი არის კვალი კონცენტრაციით უმეტეს ქანებში, ჭუჭყსა და ოკეანის წყალში, მაგრამ ზოგადად ეკონომიკურად მოიპოვება მხოლოდ იქ, სადაც ის შედარებით მაღალი კონცენტრაციით არის წარმოდგენილი. ურანის მოპოვება შეიძლება იყოს მიწისქვეშა, ღია ორმოში ან ადგილზე გაჟონვის მოპოვება. ყველაზე მაღალი გამომავალი მაღაროების მზარდი რაოდენობა არის დისტანციური მიწისქვეშა სამუშაოები, როგორიცაა მდინარე მაკარტურის ურანის მაღარო, კანადაში, რომელიც თავისთავად შეადგენს გლობალური წარმოების 13%-ს. 2011 წლის მდგომარეობით, მსოფლიოში ცნობილი ურანის რესურსები, ეკონომიკურად აღდგენილი თვითნებური ფასის 130 აშშ დოლარი/კგ-ზე, საკმარისი იყო 70-დან 100 წლამდე გასვლისთვის. 2007 წელს, OECD-მ შეაფასა 670 წლის ეკონომიკურად აღდგენილი ურანი მთლიანი ჩვეულებრივი რესურსებით და ფოსფატის საბადოებით, იმდროინდელი გამოყენების მაჩვენებლის გათვალისწინებით.

მსუბუქი წყლის რეაქტორები შედარებით არაეფექტურად იყენებენ ბირთვულ საწვავს, ძირითადად იყენებენ მხოლოდ ძალიან იშვიათ ურანი-235 იზოტოპს. ბირთვულ გადამუშავებას შეუძლია ამ ნარჩენების ხელახლა გამოყენებადობა და ახალი რეაქტორები ასევე მიაღწევენ არსებული რესურსების უფრო ეფექტურ გამოყენებას, ვიდრე ძველი რეაქტორები.[75] სუფთა სწრაფი რეაქტორის საწვავის ციკლით ყველა ურანისა და აქტინიდების დაწვით (რომლებიც ამჟამად ქმნიან ბირთვულ ნარჩენებში ყველაზე საშიშ ნივთიერებებს), არის დაახლოებით 160 000 წლის ურანი მთლიანი ჩვეულებრივი რესურსებით და ფოსფატის მადნით 60-100 აშშ დოლარი/კგ. თუმცა, ხელახალი დამუშავება ძვირია, შესაძლოა საშიში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბირთვული იარაღის დასამზადებლად. ერთმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ურანის ფასები შეიძლება გაიზარდოს ორი რიგით მასშტაბით 2035-დან 2100 წლამდე და რომ შესაძლოა დეფიციტი იყოს საუკუნის ბოლოს. 2017 წელს MIT-ისა და WHOI-ს მკვლევარების მიერ ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ „ამჟამინდელი მოხმარების ტემპით, ხმელეთის ურანის გლობალური ჩვეულებრივი მარაგი (დაახლოებით 7,6 მილიონი ტონა) შეიძლება ამოიწუროს საუკუნეზე მეტ ხანში“. ურანი-235-ის შეზღუდულმა მიწოდებამ შესაძლოა შეაფერხოს არსებითი გაფართოება მიმდინარე ბირთვული ტექნოლოგიით. მიუხედავად იმისა, რომ ამ რესურსებზე დამოკიდებულების შემცირების სხვადასხვა გზები იკვლევენ,  ახალი ბირთვული ტექნოლოგიები ითვლება დროულად მიუწვდომელად კლიმატის ცვლილების შერბილების მიზნებისთვის ან განახლებადი ენერგიის ალტერნატივებთან კონკურენციის მიზნით, გარდა იმისა, რომ უფრო ძვირია და მოითხოვს ძვირადღირებულ კვლევასა და განვითარებას. კვლევამ დაადგინა, რომ გაურკვეველია, განვითარდება თუ არა იდენტიფიცირებული რესურსები საკმარისად სწრაფად, რათა უზრუნველყოს საწვავის უწყვეტი მიწოდება გაფართოებულ ბირთვულ ობიექტებში და სამთო მოპოვების სხვადასხვა ფორმები შეიძლება იყოს გამოწვეული ეკოლოგიური ბარიერებით, ხარჯებით და მიწის მოთხოვნებით. მკვლევარები ასევე აღნიშნავენ ბირთვული ენერგიის მნიშვნელოვან იმპორტზე დამოკიდებულებას.

ასევე არსებობს ურანის არატრადიციული რესურსები. ურანი ბუნებრივად იმყოფება ზღვის წყალში კონცენტრაციით დაახლოებით 3 მიკროგრამი ლიტრზე, 4,4 მილიარდი ტონა ურანი ითვლება ზღვის წყალში ნებისმიერ დროს. 2014 წელს გამოითქვა ვარაუდი, რომ ეკონომიკურად კონკურენტუნარიანი იქნებოდა ბირთვული საწვავის წარმოება ზღვის წყლიდან, თუ პროცესი განხორციელდებოდა ფართო მასშტაბით. წიაღისეული საწვავის მსგავსად, გეოლოგიური დროის განმავლობაში, ურანი, რომელიც მოპოვებულია ინდუსტრიული მასშტაბით ზღვის წყლიდან, შეივსება როგორც მდინარის ეროზიით, ასევე ოკეანის ფსკერის ზედაპირიდან გახსნილი ურანის ბუნებრივი პროცესით, რომლებიც ორივე ინარჩუნებს ზღვის წყლის კონცენტრაციის ხსნადობის წონასწორობას სტაბილურ დონეზე. ზოგიერთი კომენტატორი ამტკიცებს, რომ ეს აძლიერებს ბირთვულ ენერგიას განახლებად ენერგიად ჩათვლას.

ნარჩენები

მთავარი სტატია: ბირთვული ნარჩენები

ურანის დიოქსიდის საწვავის ტიპიური შემადგენლობა დაახლოებით სამი წლის წინ და შემდეგ LWR-ის ბირთვული საწვავის ციკლში ერთხელ

მაღალი დონის ნარჩენები

დახარჯული UOx საწვავის აქტივობა ბუნებრივი ურანის მადნის აქტივობასთან შედარებით დროთა განმავლობაში

ნარჩენების ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაკადი ბირთვული ენერგიის რეაქტორებიდან არის დახარჯული ბირთვული საწვავი, რომელიც ითვლება მაღალი დონის ნარჩენებად. მსუბუქი წყლის რეაქტორებისთვის (LWRs), დახარჯული საწვავი, როგორც წესი, შედგება 95% ურანის, 4% დაშლის პროდუქტებისგან და დაახლოებით 1% ტრანსურანული აქტინიდებისგან (ძირითადად პლუტონიუმი, ნეპტუნი და ამერიციუმი). დაშლის პროდუქტები პასუხისმგებელია მოკლევადიანი რადიოაქტიურობის დიდ ნაწილზე, ხოლო პლუტონიუმი და სხვა ტრანსურანიკები პასუხისმგებელნი არიან გრძელვადიანი რადიოაქტიურობის უმეტეს ნაწილზე.

მაღალი დონის ნარჩენები (HLW) უნდა ინახებოდეს ბიოსფეროდან იზოლირებულად, საკმარისი დაცვით, რათა შეზღუდოს რადიაციის ზემოქმედება. რეაქტორებიდან ამოღების შემდეგ, გამოყენებული საწვავის შეკვრა ინახება ექვსიდან ათ წლამდე დახარჯულ საწვავის აუზებში, რომლებიც უზრუნველყოფენ გაგრილებას და იცავს რადიაციისგან. ამის შემდეგ, საწვავი საკმარისად მაგარია, რომ მისი უსაფრთხოდ გადატანა შესაძლებელია მშრალ კასრში. რადიოაქტიურობა დროთა განმავლობაში ექსპონენტურად მცირდება, ისე, რომ 100 წლის შემდეგ 99,5%-ით შემცირდება. უფრო ინტენსიურად რადიოაქტიური ხანმოკლე დაშლის პროდუქტები (SLFPs) იშლება სტაბილურ ელემენტებად დაახლოებით 300 წელიწადში და დაახლოებით 100000 წლის შემდეგ, დახარჯული საწვავი ხდება ნაკლებად რადიოაქტიური, ვიდრე ბუნებრივი ურანის მადანი.

მშრალი კასრის შესანახი ჭურჭლები, რომლებიც ინახავენ დახარჯული ბირთვული საწვავის შეკრებებს

ჩვეულებრივ შემოთავაზებული მეთოდები LLFP ნარჩენების ბიოსფეროდან იზოლირებისთვის მოიცავს გამოყოფას და ტრანსმუტაციას,  სინროკულ დამუშავებას ან ღრმა გეოლოგიურ შენახვას.

თერმულ-ნეიტრონული რეაქტორები, რომლებიც ამჟამად შეადგენენ მსოფლიო ფლოტის უმრავლესობას, არ შეუძლიათ დაწვა რეაქტორის კლასის პლუტონიუმი, რომელიც წარმოიქმნება რეაქტორის მუშაობის დროს. ეს ზღუდავს ბირთვული საწვავის სიცოცხლეს რამდენიმე წლით. ზოგიერთ ქვეყანაში, როგორიცაა ამერიკის შეერთებული შტატები, დახარჯული საწვავი მთლიანად კლასიფიცირებულია, როგორც ბირთვული ნარჩენები. სხვა ქვეყნებში, როგორიცაა საფრანგეთი, იგი ძირითადად გადამუშავებულია ნაწილობრივ გადამუშავებული საწვავის წარმოებისთვის, რომელიც ცნობილია როგორც შერეული ოქსიდის საწვავი ან MOX. დახარჯული საწვავისთვის, რომელიც არ ექვემდებარება გადამუშავებას, ყველაზე შემაშფოთებელი იზოტოპებია საშუალო სიცოცხლისუნარიანობის ტრანსურანული ელემენტები, რომლებსაც ხელმძღვანელობს რეაქტორის კლასის პლუტონიუმი (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 24000 წელი). რეაქტორის ზოგიერთ შემოთავაზებულ დიზაინს, როგორიცაა ინტეგრალური სწრაფი რეაქტორი და გამდნარი მარილის რეაქტორები, შეუძლია გამოიყენოს როგორც საწვავი პლუტონიუმი და სხვა აქტინიდები მსუბუქი წყლის რეაქტორებიდან დახარჯულ საწვავში, მათი სწრაფი დაშლის სპექტრის წყალობით. ეს გვთავაზობს პოტენციურად უფრო მიმზიდველ ალტერნატივას ღრმა გეოლოგიური განლაგებისთვის.

თორიუმის საწვავის ციკლი იწვევს მსგავს დაშლის პროდუქტებს, თუმცა ქმნის ტრანსურანული ელემენტების გაცილებით მცირე ნაწილს რეაქტორში ნეიტრონების დაჭერის მოვლენებიდან. დახარჯული თორიუმის საწვავი, თუმცა უფრო რთული მოსაგვარებელია, ვიდრე დახარჯული ურანის საწვავი, შეიძლება წარმოადგენდეს გარკვეულწილად დაბალი გავრცელების რისკებს.

დაბალი დონის ნარჩენები

მთავარი სტატია: დაბალი დონის ნარჩენები

ბირთვული ინდუსტრია ასევე აწარმოებს დიდი მოცულობის დაბალი დონის ნარჩენებს, დაბალი რადიოაქტიურობით, დაბინძურებული ნივთების სახით, როგორიცაა ტანსაცმელი, ხელის ხელსაწყოები, წყლის გამწმენდი ფისები და (მოხსნისას) მასალები, რომლებისგანაც თავად რეაქტორია აგებული. დაბალი დონის ნარჩენების შენახვა შესაძლებელია ადგილზე მანამ, სანამ რადიაციის დონე არ იქნება საკმარისად დაბალი, რათა განთავსდეს როგორც ჩვეულებრივი ნარჩენი, ან შეიძლება გაიგზავნოს დაბალი დონის ნარჩენების განთავსების ადგილზე.

ნარჩენები სხვა ტიპებთან შედარებით

აგრეთვე: რადიოაქტიური ნარჩენები § ბუნებრივი წარმოშობის რადიოაქტიური მასალა

ბირთვული ენერგიის მქონე ქვეყნებში რადიოაქტიური ნარჩენები შეადგენს მთლიანი სამრეწველო ტოქსიკური ნარჩენების 1%-ზე ნაკლებს, რომელთა დიდი ნაწილი სახიფათო რჩება ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში. საერთო ჯამში, ბირთვული ენერგია წარმოქმნის გაცილებით ნაკლებ ნარჩენ მასალას მოცულობით, ვიდრე წიაღისეული საწვავზე დაფუძნებული ელექტროსადგურები. ქვანახშირის წვის ქარხნები, კერძოდ, აწარმოებენ დიდი რაოდენობით ტოქსიკურ და მსუბუქად რადიოაქტიურ ფერფლს ნახშირში ბუნებრივად არსებული რადიოაქტიური მასალების კონცენტრაციის შედეგად. Oak Ridge National Laboratory-ის 2008 წლის მოხსენებამ დაასკვნა, რომ ნახშირის ენერგია რეალურად იწვევს უფრო მეტი რადიოაქტიურობის გამოყოფას გარემოში, ვიდრე ბირთვული ელექტროენერგიის ექსპლუატაცია, და რომ ნახშირის ქარხნების რადიაციის პოპულაციის ეფექტური დოზის ექვივალენტი 100-ჯერ აღემატება ატომური სადგურების მუშაობას. მიუხედავად იმისა, რომ ნახშირის ნაცარი გაცილებით ნაკლებად რადიოაქტიურია, ვიდრე დახარჯული ბირთვული საწვავი წონით, ნახშირის ნაცარი წარმოიქმნება გაცილებით მაღალი რაოდენობით გამომუშავებული ენერგიის ერთეულზე. ის ასევე გამოიყოფა პირდაპირ გარემოში, როგორც მფრინავი ნაცარი, მაშინ როცა ატომური სადგურები იყენებენ დამცავ საფარს რადიოაქტიური მასალებისგან გარემოს დასაცავად.

ბირთვული ნარჩენების მოცულობა მცირეა წარმოებულ ენერგიასთან შედარებით. მაგალითად, Yankee Rowe Nuclear ელექტროსადგურზე, რომელმაც გამოიმუშავა 44 მილიარდი კილოვატ საათი ელექტროენერგია ექსპლუატაციის დროს, მისი სრული დახარჯული საწვავის ინვენტარი მოთავსებულია თექვსმეტ კასრში. შეფასებულია, რომ სიცოცხლის დასავლური სტანდარტის მქონე პირისთვის ენერგიის მარაგის წარმოებას (დაახლოებით 3 გვტ.სთ) დასჭირდება დაბალი გამდიდრებული ურანის სოდიანი ქილის მოცულობის მიხედვით, რაც გამოიმუშავებს დახარჯული საწვავის ანალოგიურ მოცულობას.

ნარჩენების გატანა

ცივი ომის დროს შეერთებული შტატების მიერ წარმოქმნილი ბირთვული ნარჩენების კოლბები ინახება მიწისქვეშა ნარჩენების იზოლაციის საპილოტე ქარხანაში (WIPP) ნიუ მექსიკაში. ობიექტი განიხილება, როგორც პოტენციური დემონსტრაცია სამოქალაქო რეაქტორებიდან დახარჯული საწვავის შესანახად.

დახარჯული საწვავის აუზში დროებითი შენახვის შემდეგ, ტიპიური ატომური ელექტროსადგურის გამოყენებული საწვავის ღეროების შეკრებები ხშირად ინახება ადგილზე მშრალ კასრის შესანახ ჭურჭელში. ამჟამად ნარჩენები ძირითადად ინახება რეაქტორის ცალკეულ უბნებზე და მსოფლიოში 430-ზე მეტი ადგილია, სადაც რადიოაქტიური მასალის დაგროვება გრძელდება.

ბირთვული ნარჩენების განადგურება ხშირად განიხილება ატომური ელექტროსადგურის სასიცოცხლო ციკლის ყველაზე პოლიტიკურად გამყოფ ასპექტად. ბირთვული ნარჩენების გადაადგილების ნაკლებობა 2 მილიარდი წლის წინანდელ ბუნებრივ ბირთვულ დაშლის რეაქტორებში ოკლოში, გაბონი მოიხსენიება, როგორც „არსებითი ინფორმაციის წყარო დღეს“. არსებობს „საერთაშორისო კონსენსუსი ბირთვული ნარჩენების ღრმა გეოლოგიურ საცავებში შენახვის მიზანშეწონილობის შესახებ“. ახალი ტექნოლოგიების მოსვლასთან ერთად, შემოთავაზებულია სხვა მეთოდები, მათ შორის ჰორიზონტალური საბურღი ხვრელების განთავსება გეოლოგიურად არააქტიურ ადგილებში.

არ არსებობს კომერციული მასშტაბის აშენებული მიწისქვეშა მაღალი დონის ნარჩენების საცავი მოქმედი. თუმცა, ფინეთში ონკალოს დახარჯული ბირთვული საწვავის საცავი ოლკილუოტოს ატომური ელექტროსადგურის მშენებლობაში მიმდინარეობდა 2015 წლიდან.

არ არსებობს კომერციული მასშტაბის აშენებული მიწისქვეშა მაღალი დონის ნარჩენების საცავი მოქმედი. თუმცა, ფინეთში ონკალოს დახარჯული ბირთვული საწვავის საცავი ოლკილუოტოს ატომური ელექტროსადგურის მშენებლობაში მიმდინარეობდა 2015 წლიდან.
ხელახალი დამუშავება

მთავარი სტატია: ბირთვული გადამუშავება

აგრეთვე: პლუტონიუმის მართვისა და განკარგვის შეთანხმება

თერმულ-ნეიტრონული რეაქტორების უმეტესობა მუშაობს ბირთვული საწვავის ერთჯერადი ციკლით, ძირითადად ახალი ურანის დაბალი ფასის გამო. თუმცა, ბევრი რეაქტორი ასევე იკვებება რეციკლირებული დაშლელი მასალებით, რომლებიც რჩება დახარჯულ ბირთვულ საწვავში. ყველაზე გავრცელებული დასაშლელი მასალა, რომელიც გადამუშავდება, არის რეაქტორის ხარისხის პლუტონიუმი (RGPu), რომელიც მოიპოვება დახარჯული საწვავიდან. მას ურევენ ურანის ოქსიდს და ამზადებენ შერეულ ოქსიდს ან MOX საწვავს. იმის გამო, რომ თერმული LWR რჩება ყველაზე გავრცელებულ რეაქტორად მსოფლიოში, ამ ტიპის გადამუშავება ყველაზე გავრცელებულია. ითვლება, რომ გაზრდის ბირთვული საწვავის ციკლის მდგრადობას, ამცირებს დახარჯული საწვავის მიმზიდველობას ქურდობამდე და ამცირებს მაღალი დონის ბირთვული ნარჩენების მოცულობას.[140] დახარჯული MOX საწვავი არ შეიძლება გადამუშავდეს თერმულ-ნეიტრონულ რეაქტორებში გამოსაყენებლად. ეს საკითხი არ მოქმედებს სწრაფ ნეიტრონულ რეაქტორებზე, რომლებიც, შესაბამისად, სასურველია ორიგინალური ურანის სრული ენერგეტიკული პოტენციალის მისაღწევად.

LWR-ებიდან დახარჯული საწვავის ძირითადი შემადგენელი ნაწილია ოდნავ გამდიდრებული ურანი. ეს შეიძლება გადამუშავდეს ხელახლა გადამუშავებულ ურანში (RepU), რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სწრაფ რეაქტორში, გამოყენებული იქნას უშუალოდ როგორც საწვავი CANDU რეაქტორებში, ან ხელახლა გამდიდრდეს სხვა ციკლისთვის LWR-ის მეშვეობით. გადამუშავებული ურანის ხელახალი გამდიდრება გავრცელებულია საფრანგეთსა და რუსეთში. ხელახლა გადამუშავებული ურანი ასევე უფრო უსაფრთხოა ბირთვული იარაღის გავრცელების პოტენციალის თვალსაზრისით.

ხელახალი გადამუშავებას აქვს პოტენციალი აღადგინოს ურანისა და პლუტონიუმის საწვავის 95%-მდე დახარჯული ბირთვული საწვავი, ასევე შეამციროს გრძელვადიანი რადიოაქტიურობა დარჩენილი ნარჩენების შიგნით. თუმცა, ხელახალი დამუშავება პოლიტიკურად საკამათო იყო ბირთვული იარაღის გავრცელების პოტენციალისა და ბირთვული ტერორიზმისადმი დაუცველობის გაზრდის განსხვავებული აღქმის გამო. ხელახალი დამუშავება ასევე იწვევს საწვავის უფრო მაღალ ღირებულებას საწვავის ერთჯერადი ციკლთან შედარებით. მიუხედავად იმისა, რომ ხელახალი დამუშავება ამცირებს მაღალი დონის ნარჩენების მოცულობას, ის არ ამცირებს დაშლის პროდუქტებს, რომლებიც წარმოადგენენ ნარჩენი სითბოს წარმოქმნისა და რადიოაქტიურობის ძირითად მიზეზებს რეაქტორის გარეთ პირველი რამდენიმე საუკუნის განმავლობაში. ამრიგად, ხელახლა გადამუშავებული ნარჩენები ჯერ კიდევ მოითხოვს თითქმის იდენტურ მკურნალობას პირველი რამდენიმე ასეული წლის განმავლობაში.

ენერგეტიკული რეაქტორებიდან სამოქალაქო საწვავის გადამუშავება ამჟამად ხდება საფრანგეთში, გაერთიანებულ სამეფოში, რუსეთში, იაპონიასა და ინდოეთში. შეერთებულ შტატებში დახარჯული ბირთვული საწვავი ამჟამად არ არის გადამუშავებული. ლა ჰააგის გადამუშავების ობიექტი საფრანგეთში კომერციულად ფუნქციონირებს 1976 წლიდან და პასუხისმგებელია 2010 წლის მდგომარეობით მსოფლიოში გადამუშავების ნახევარზე. იგი აწარმოებს MOX საწვავს რამდენიმე ქვეყნიდან მიღებული ნახმარი საწვავისგან. 2015 წლის მდგომარეობით 32000 ტონაზე მეტი დახარჯული საწვავი გადამუშავდა, უმეტესობა საფრანგეთიდან, 17% გერმანიიდან და 9% იაპონიიდან.

მეცხოველეობა

შეერთებულ შტატებში წნევის ქვეშ მყოფი წყლის რეაქტორში შესვლამდე მიმდინარეობს ბირთვული საწვავის შეკრებების შემოწმება

სელექციონერი რეაქტორი და ბირთვული ენერგია შემოთავაზებული განახლებად ენერგიად

მეცხოველეობა არის არაფესიური მასალის გადაქცევის პროცესი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ბირთვული საწვავი. არადაშლელი მასალას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ამ პროცესისთვის, ეწოდება ნაყოფიერი მასალა და წარმოადგენს ამჟამინდელი ბირთვული ნარჩენების აბსოლუტურ უმრავლესობას. ეს გამრავლების პროცესი ბუნებრივად მიმდინარეობს სელექციონერ რეაქტორებში. მსუბუქი წყლის თერმო-ნეიტრონული რეაქტორებისგან განსხვავებით, რომლებიც იყენებენ ურან-235-ს (მთლიანი ბუნებრივი ურანის 0,7%), სწრაფი ნეიტრონული რეაქტორები იყენებენ ურან-238-ს (მთლიანი ბუნებრივი ურანის 99,3%) ან თორიუმს. საწვავის მთელი რიგი ციკლები და სელექციონერი რეაქტორების კომბინაცია ითვლება ენერგიის მდგრად ან განახლებად წყაროდ. 2006 წელს დადგინდა, რომ ზღვის წყლის მოპოვებით, სავარაუდოდ, ხუთი მილიარდი წლის ღირებულების ურანის რესურსი იყო სელექციონერ რეაქტორებში გამოსაყენებლად.

სელექციონერის ტექნოლოგია გამოიყენებოდა რამდენიმე რეაქტორში, მაგრამ 2006 წლიდან, საწვავის გადამუშავების მაღალი ღირებულება მოითხოვს ურანის ფასს 200 აშშ დოლარზე მეტი კგ-ზე, სანამ ეკონომიკურად გამართლდება. თუმცა, სელექციონერი რეაქტორები მუშავდება მათი პოტენციალის დაწვის ყველა აქტინიდის (ყველაზე აქტიური და სახიფათო კომპონენტი) ბირთვული ნარჩენების ამჟამინდელ ინვენტარში, ამასთან, ასევე აწარმოებენ ენერგიას და ქმნიან საწვავის დამატებით რაოდენობას მეტი რეაქტორისთვის გამრავლების პროცესის მეშვეობით. 2017 წლის მონაცემებით, არსებობს ორი სელექციონერი, რომლებიც აწარმოებენ კომერციულ ენერგიას, BN-600 რეაქტორი და BN-800 რეაქტორი, ორივე რუსეთში. ფენიქსის სელექციონერი რეაქტორი საფრანგეთში 2009 წელს გამორთული იყო 36 წლიანი ფუნქციონირების შემდეგ. ჩინეთი და ინდოეთი აშენებენ სელექციონერ რეაქტორებს. ინდური 500 MWe Prototype Fast Breeder Reactor არის ექსპლუატაციაში გაშვების ფაზაში,  მეტის აშენების გეგმებით.

სწრაფი ნეიტრონების სელექციონერების კიდევ ერთი ალტერნატივა არის თერმო-ნეიტრონის სელექციონერი რეაქტორები, რომლებიც იყენებენ თორიუმიდან გამოყვანილ ურანს-233-ს, როგორც დაშლის საწვავს თორიუმის საწვავის ციკლში. თორიუმი დაახლოებით 3,5-ჯერ უფრო გავრცელებულია ვიდრე ურანი დედამიწის ქერქში და აქვს განსხვავებული გეოგრაფიული მახასიათებლები. ინდოეთის სამეტაპიანი ბირთვული პროგრამა მოიცავს თორიუმის საწვავის ციკლის გამოყენებას მესამე ეტაპზე, რადგან მას აქვს თორიუმის უხვი მარაგი, მაგრამ ცოტა ურანი.

დეკომისია

მთავარი სტატია: ბირთვული დეკომისია

ბირთვული დეკომისია არის ბირთვული ობიექტის დემონტაჟის პროცესი იმ დონემდე, რომ იგი აღარ საჭიროებს ზომებს რადიაციული დაცვისთვის,  ობიექტს და მის ნაწილებს საკმარისად უსაფრთხო დონეზე დაბრუნებით, სხვა მიზნებისთვის მინდობილობისთვის. რადიოაქტიური მასალების არსებობის გამო, ბირთვული დეკომისია წარმოადგენს ტექნიკურ და ეკონომიკურ გამოწვევებს. დეკომისიაციის ხარჯები, როგორც წესი, ნაწილდება ობიექტის სიცოცხლის მანძილზე და ინახება დეკომისიაციის ფონდში.

წარმოება

ელექტროენერგიის წარმოების წილი ბირთვულიდან, 2023

სამოქალაქო ატომურმა ენერგიამ 2023 წელს მიაწოდა 2602 ტერავატ საათი (TWh) ელექტროენერგია, რაც ექვივალენტურია გლობალური ელექტროენერგიის წარმოების დაახლოებით 9%-ისა,  და იყო მეორე უდიდესი დაბალი ნახშირბადის ენერგიის წყარო ჰიდროელექტროენერგიის შემდეგ. ბირთვული ენერგიის წვლილი გლობალური ენერგიის წარმოებაში იყო დაახლოებით 4% 2023 წელს. ეს ოდნავ მეტია ქარის ენერგიაზე, რომელიც 2023 წელს გლობალური ენერგიის 3.5%-ს უზრუნველყოფდა. ბირთვული ენერგიის წილი ელექტროენერგიის გლობალურ წარმოებაში შემცირდა 1997 წლის 16,5%-დან, უმეტესწილად იმის გამო, რომ ბირთვული ენერგიის ეკონომიკა გართულდა.

ბირთვული ენერგიის სტატუსი გლობალურად (დააწკაპუნეთ ლეგენდაზე)

2024 წლის ნოემბრის მონაცემებით, მსოფლიოში არის 415 სამოქალაქო დაშლის რეაქტორი, რომელთა ერთობლივი ელექტრული სიმძლავრეა 374 გიგავატი (GW). ასევე მშენებარეა 66 ბირთვული ენერგიის რეაქტორი და დაგეგმილია 87 რეაქტორი, რომელთა ერთობლივი სიმძლავრე იქნება 72 GW და 84 GW, შესაბამისად. შეერთებულ შტატებს გააჩნია ბირთვული რეაქტორების უდიდესი ფლოტი, რომელიც გამოიმუშავებს წელიწადში 800 ტვტ/სთ-ზე მეტი სიმძლავრის კოეფიციენტით 92%. მშენებარე რეაქტორების უმეტესობა III თაობის რეაქტორებია აზიაში.

ბირთვული ენერგიის გამოყენებაში რეგიონალური განსხვავებები დიდია. შეერთებული შტატები აწარმოებს ყველაზე მეტ ბირთვულ ენერგიას მსოფლიოში, ბირთვული ენერგია უზრუნველყოფს მის მიერ მოხმარებული ელექტროენერგიის 19%-ს, ხოლო საფრანგეთი აწარმოებს ელექტროენერგიის ყველაზე მაღალ პროცენტს ბირთვული რეაქტორებიდან - 65% 2023 წელს. ევროკავშირში ბირთვული ენერგია უზრუნველყოფს ელექტროენერგიის 22%-ს 2022 წლის მონაცემებით. ბირთვული ენერგია არის ერთადერთი უდიდესი დაბალი ნახშირბადის ელექტროენერგიის წყარო შეერთებულ შტატებში,  და შეადგენს ევროკავშირის დაბალი ნახშირბადის ელექტროენერგიის დაახლოებით ნახევარს. ბირთვული ენერგეტიკული პოლიტიკა განსხვავდება ევროკავშირის ქვეყნებს შორის და ზოგიერთ მათგანს, როგორიცაა ავსტრია, ესტონეთი, ირლანდია და იტალია, არ გააჩნიათ აქტიური ატომური ელექტროსადგურები.

საერთაშორისო კვლევები გრძელდება პროცესის სითბოს დამატებით გამოყენებაში, როგორიცაა წყალბადის წარმოება (წყალბადის ეკონომიის მხარდასაჭერად), ზღვის წყლის დემარილირებასა და უბნის გათბობის სისტემებში გამოსაყენებლად.

ეკონომიკა

ატომური ელექტროსადგურების ეკონომიკა, ატომური სექტორის კომპანიების სია და ელექტროენერგიის ღირებულება წყაროების მიხედვით.

ახალი ატომური ელექტროსადგურების ეკონომიკა საკამათო თემაა და მრავალმილიარდიანი ინვესტიციები დამოკიდებულია ენერგიის წყაროების არჩევანზე. ატომურ ელექტროსადგურებს, როგორც წესი, აქვთ მაღალი კაპიტალური ხარჯები სადგურის მშენებლობისთვის. ამ მიზეზით, ელექტროენერგიის წარმოების სხვა მეთოდებთან შედარება ძლიერ არის დამოკიდებული ვარაუდებზე მშენებლობის ვადების და ატომური სადგურების კაპიტალური დაფინანსების შესახებ. საწვავის ხარჯები შეადგენს საოპერაციო ხარჯების დაახლოებით 30 პროცენტს, ხოლო ფასები ექვემდებარება ბაზარს.

მშენებლობის მაღალი ღირებულება ატომური ელექტროსადგურების ერთ-ერთი ყველაზე დიდი გამოწვევაა. ახალი 1100 მგვტ სიმძლავრის სადგური სავარაუდოდ 6-დან 9 მილიარდ აშშ დოლარამდე დაჯდება. ბირთვული ენერგიის ღირებულების ტენდენციები გვიჩვენებს დიდ განსხვავებას ერის, დიზაინის, მშენებლობის სიჩქარის და გამოცდილების გაცნობის შესახებ. ერთადერთი ორი ქვეყანა, რომლისთვისაც ხელმისაწვდომია მონაცემები, რომლებმაც დაინახეს ხარჯების შემცირება 2000-იან წლებში, იყო ინდოეთი და სამხრეთ კორეა.

ატომური ენერგიის ეკონომიკის ანალიზმა ასევე უნდა გაითვალისწინოს, თუ ვინ ეკისრება სამომავლო გაურკვევლობის რისკებს. 2010 წლის მდგომარეობით, ყველა მოქმედი ატომური ელექტროსადგური შემუშავებულია სახელმწიფო საკუთრებაში არსებული ან რეგულირებადი ელექტრომომარაგების მონოპოლიების მიერ. მას შემდეგ ბევრმა ქვეყანამ მოახდინა ელექტროენერგიის ბაზრის ლიბერალიზაცია, სადაც ეს რისკები და უფრო იაფი კონკურენტების გაჩენის რისკი კაპიტალის ხარჯების ანაზღაურებამდე ეკისრება სადგურების მომწოდებლებს და ოპერატორებს და არა მომხმარებლებს, რაც იწვევს ახალი ატომური ელექტროსადგურების ეკონომიკის მნიშვნელოვნად განსხვავებულ შეფასებას.

ენერგეტიკის საერთაშორისო სააგენტოსა და OECD-ის ბირთვული ენერგიის სააგენტოს ანალიზის მიხედვით, ახალი ატომური ელექტროსადგურიდან ელექტროენერგიის დონის (LCOE) ღირებულება შეფასებულია 69 აშშ დოლარი/მვტ.სთ-ად. ეს წარმოადგენს 2025 წელს დასრულებული მე-2 ატომური ელექტროსადგურის მედიანური ღირებულების შეფასებას 7%-იანი დისკონტის განაკვეთით. აღმოჩნდა, რომ ბირთვული ენერგია იყო ყველაზე იაფი ვარიანტი დისპეტჩერირებად ტექნოლოგიებს შორის. ცვლადი განახლებადი ენერგიის გამომუშავებას შეუძლია უფრო იაფი ელექტროენერგია: ხმელეთზე ქარის ენერგიის საშუალო ღირებულება შეფასდა 50 აშშ დოლარი/მვტ.სთ-ად, ხოლო კომუნალური მასშტაბის მზის ენერგია 56 აშშ დოლარი/მგვტ/სთ. CO2-ის სავარაუდო ემისიის ღირებულებით 30 აშშ დოლარი/ტონა, ქვანახშირის (88 აშშ დოლარი/მვტ.სთ) და გაზიდან (71 აშშ დოლარი/მვტ.სთ) ენერგია უფრო ძვირია, ვიდრე დაბალი ნახშირბადის ტექნოლოგიები. ატომური ელექტროსადგურების გრძელვადიანი ექსპლუატაციიდან მიღებული ელექტროენერგია სიცოცხლის ხანგრძლივობის გახანგრძლივებით აღმოჩნდა ყველაზე იაფი ვარიანტი, 32 აშშ დოლარი/მგვტ.სთ.

გლობალური დათბობის შესამცირებელი ზომები, როგორიცაა ნახშირბადის გადასახადი ან ნახშირბადის ემისიებით ვაჭრობა, შეიძლება ხელი შეუწყოს ბირთვული ენერგიის ეკონომიკას. ექსტრემალური ამინდის მოვლენები, მათ შორის კლიმატის ცვლილების გამო უფრო მკაცრი მოვლენები, ამცირებენ ყველა ენერგიის წყაროს საიმედოობას, ბირთვული ენერგიის ჩათვლით, მცირე ხარისხით, მდებარეობის ადგილმდებარეობის მიხედვით.

ახალი მცირე მოდულარული რეაქტორები, როგორიცაა NuScale Power-ის მიერ შემუშავებული რეაქტორები, მიზნად ისახავს შეამციროს საინვესტიციო ხარჯები ახალი მშენებლობისთვის, რეაქტორების უფრო პატარა და მოდულარული გაზრდის გზით, რათა მათ აშენდეს ქარხანაში.

ზოგიერთ დიზაინს ჰქონდა მნიშვნელოვანი ადრეული პოზიტიური ეკონომიკა, როგორიცაა CANDU, რომელმაც გააცნობიერა გაცილებით მაღალი სიმძლავრის ფაქტორი და საიმედოობა II თაობის მსუბუქი წყლის რეაქტორებთან შედარებით 1990-იან წლებამდე.

ატომური ელექტროსადგურები, თუმცა შეუძლიათ გარკვეული ქსელის დატვირთვის შემდეგ, ჩვეულებრივ მუშაობენ მაქსიმალურად, რათა გამომუშავებული ელექტროენერგიის ღირებულება შეძლებისდაგვარად დაბალი იყოს და ძირითადად უზრუნველყოფენ საბაზო დატვირთვის ელექტროენერგიას. საწვავის რეაქტორის ონლაინ დიზაინის გამო, PHWR-ები (რომლის ნაწილია CANDU დიზაინი) აგრძელებენ მრავალი მსოფლიო რეკორდული პოზიციის დაკავებას ელექტროენერგიის უწყვეტი გამომუშავებისთვის, ხშირად 800 დღეზე მეტი ხნის განმავლობაში. 2019 წლისთვის სპეციფიკური რეკორდი ფლობს PHWR-ს კაიგას ატომურ ელექტროსადგურზე, რომელიც აწარმოებს ელექტროენერგიას უწყვეტად 962 დღის განმავლობაში.

ხარჯები, რომლებიც არ არის გათვალისწინებული LCOE გამოთვლებში, მოიცავს ფონდებს კვლევისა და განვითარებისთვის და კატასტროფებისთვის (ფუკუშიმას კატასტროფა სავარაუდოდ დაუჯდება გადასახადის გადამხდელებს ≈$187 მილიარდი). ზოგიერთ შემთხვევაში, აღმოჩნდა, რომ მთავრობები აიძულებდნენ „მომხმარებლებს წინასწარ გადაიხადონ პოტენციური ხარჯების გადაჭარბებისთვის“ ან სუბსიდირება გაუწიონ არაეკონომიკურ ბირთვულ ენერგიას ან მოეთხოვათ ამის გაკეთება. ბირთვული ოპერატორები ვალდებულნი არიან გადაიხადონ ნარჩენების მართვა ევროკავშირში. შეერთებულ შტატებში, კონგრესმა 40 წლის წინ გადაწყვიტა, რომ რადიოაქტიური ნარჩენების შენახვაზე პასუხისმგებელი იქნებოდა ერი და არა კერძო კომპანიები, გადასახადის გადამხდელებთან ერთად, რომლებიც იხდიან ხარჯებს. მსოფლიო ბირთვული ნარჩენების 2019 წლის მოხსენებამ დაადგინა, რომ „იმ ქვეყნებშიც კი, სადაც დამაბინძურებლის-გადახდის პრინციპი კანონიერი მოთხოვნაა, ის არასრულად გამოიყენება“ და აღნიშნავს გერმანიის Asse II ღრმა გეოლოგიური განთავსების ობიექტის შემთხვევას, სადაც დიდი რაოდენობით ნარჩენების მოპოვება გადასახადის გადამხდელებმა უნდა გადაიხადონ. ანალოგიურად, ენერგიის სხვა ფორმებს, მათ შორის წიაღისეულ საწვავსა და განახლებადს, მათი ხარჯების ნაწილს ფარავს მთავრობები.

გამოიყენეთ სივრცეში

2015 წელს პროფესორ ბარი ბრუკისა და მისი კოლეგების მიერ ჩატარებულმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ატომურ ენერგიას შეუძლია წიაღისეული საწვავის მთლიანად გადაადგილება ან ამოღება ელექტრო ქსელიდან 10 წლის განმავლობაში. ეს აღმოჩენა ეფუძნებოდა ისტორიულად მოკრძალებულ და დადასტურებულ ტემპს, რომლითაც დაემატა ბირთვული ენერგია საფრანგეთსა და შვედეთში მათი სამშენებლო პროგრამების დროს 1980-იან წლებში. ანალოგიურ ანალიზში, ბრუკმა ადრე დაადგინა, რომ გლობალური ენერგიის 50%, მათ შორის სატრანსპორტო სინთეზური საწვავის და ა.შ., შეიძლება წარმოიქმნას დაახლოებით 30 წლის განმავლობაში, თუ გლობალური ბირთვული დაშლის წარმოების სიჩქარე იდენტურია ისტორიულად დადასტურებული ინსტალაციის მაჩვენებლებისა, გამოთვლილი GW-ში წელიწადში გლობალური მშპ-ის ერთეულზე (GW/წელი/$). ეს ეწინააღმდეგება 100% განახლებადი ენერგიის სისტემების კონცეპტუალურ კვლევებს, რაც მოითხოვდა მასშტაბის უფრო ძვირადღირებულ გლობალურ ინვესტიციას წელიწადში, რომელსაც არ აქვს ისტორიული პრეცედენტი. ამ განახლებადი ენერგიის სცენარებს ასევე დასჭირდებათ გაცილებით მეტი მიწა, რომელიც მიეძღვნა ხმელეთზე ქარისა და ხმელეთზე მზის პროექტებს. ბრუკი აღნიშნავს, რომ „ბირთვული დაშლის ძირითადი შეზღუდვები არ არის ტექნიკური, ეკონომიკური ან საწვავი დაკავშირებული, არამედ დაკავშირებულია საზოგადოების მიღების, ფისკალური და პოლიტიკური ინერციის კომპლექსურ საკითხებთან და რეალურ სამყაროში არსებული შეზღუდვების არაადეკვატური კრიტიკული შეფასებით, რომლებიც აწყდებიან [სხვა] დაბალი ნახშირბადის ალტერნატივებს“.

მეცნიერული მონაცემები მიუთითებს, რომ - 2021 წლის ემისიების დონის გათვალისწინებით - კაცობრიობას აქვს ნახშირბადის ბიუჯეტი, რომელიც ექვივალენტურია 11 წლის გამონაბოლქვისთვის, დათბობის შეზღუდვისთვის 1.5 °C-მდე, მაშინ როცა ახალი ბირთვული რეაქტორების მშენებლობას საშუალოდ 7.2-10.9 წელი დასჭირდა 2018-202-ზე მეტი, სხვა 2018-202 წელზე მეტი. ქარისა და მზის განლაგების გაზრდა - განსაკუთრებით ახალი რეაქტორების ტიპებისთვის - ასევე უფრო სარისკო, ხშირად დაგვიანებული და უფრო მეტად დამოკიდებული სახელმწიფოს მხარდაჭერაზე. ტესტირებულია, აქვს უფრო მაღალი გავრცელების რისკები, აქვს მეტი ახალი უსაფრთხოების პრობლემები, ხშირად შორს არიან კომერციალიზაციისგან და უფრო ძვირია - დროულად არ არის ხელმისაწვდომი. თუმცა, შერწყმის ენერგია ნაკლებად სავარაუდოა, რომ კომერციულად გავრცელდეს 2050 წლამდე.

მიწათსარგებლობა

აშშ-ს ატომური ელექტროსადგურების მიერ გამოყენებული მიწის საშუალო ფართობი 1 გვტ დადგმულ სიმძლავრეზე არის 1,3 კვადრატული მილი (3,4 კმ2). ყოველწლიურად იგივე რაოდენობის ელექტროენერგიის გამომუშავებას (სიმძლავრის ფაქტორების გათვალისწინებით) მზის PV-დან დასჭირდება დაახლოებით 60 კვადრატული მილი (160 კმ2), ხოლო ქარის ელექტროსადგურიდან დაახლოებით 310 კვადრატული მილი (800 კმ2).[356][357] ამაში არ შედის მიწა, რომელიც საჭიროა ასოცირებული გადამცემი ხაზებისთვის, წყალმომარაგებისთვის, სარკინიგზო ხაზებისთვის, ბირთვული საწვავის მოპოვებისა და გადამუშავებისთვის და ნარჩენების განთავსებისთვის.

კვლევა

გაფართოებული დაშლის რეაქტორის დიზაინი

მთავარი სტატია: IV თაობის რეაქტორი

ამჟამინდელი დაშლის რეაქტორები, რომლებიც მუშაობენ მთელ მსოფლიოში, არის მეორე ან მესამე თაობის სისტემები, პირველი თაობის სისტემების უმეტესობა უკვე ამოღებული იყო. მოწინავე თაობის IV რეაქტორების ტიპების კვლევა ოფიციალურად დაიწყო IV თაობის საერთაშორისო ფორუმმა (GIF) რვა ტექნოლოგიური მიზნის საფუძველზე, მათ შორის ეკონომიკის, უსაფრთხოების, გავრცელების წინააღმდეგობის, ბუნებრივი რესურსების გამოყენებისა და ელექტროენერგიის წარმოებაში არსებული ბირთვული ნარჩენების მოხმარების უნარის გაუმჯობესებაზე. ამ რეაქტორების უმეტესობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება ამჟამინდელი მსუბუქი წყლის რეაქტორებისგან და სავარაუდოდ ხელმისაწვდომი იქნება კომერციული მშენებლობისთვის 2030 წლის შემდეგ.

ჰიბრიდული შერწყმა- დაშლა

მთავარი სტატია: ბირთვული შერწყმა-დაშლის ჰიბრიდი

ჰიბრიდული ბირთვული ენერგია არის ენერგიის გენერირების შემოთავაზებული საშუალება ბირთვული შერწყმისა და დაშლის პროცესების კომბინაციის გამოყენებით. კონცეფცია თარიღდება 1950-იანი წლებით და მოკლედ იყო მომხრე ჰანს ბეტეს მიერ 1970-იან წლებში, მაგრამ ძირითადად შეუსწავლელი დარჩა 2009 წელს ინტერესის აღორძინებამდე, სუფთა შერწყმის რეალიზაციის შეფერხების გამო. როდესაც აშენდება მდგრადი ატომური შერწყმის ელექტროსადგური, მას აქვს პოტენციალი, გამოიტანოს მთელი დაშლის ენერგია, რომელიც რჩება დახარჯულ დაშლის საწვავში, შეამციროს ბირთვული ნარჩენების მოცულობა სიდიდის მიხედვით და რაც მთავარია, აღმოფხვრას ყველა აქტინიდი, რომელიც იმყოფება დახარჯულ საწვავში, ნივთიერებები, რომლებიც იწვევს უსაფრთხოების შეშფოთებას.

შერწყმა

საფრანგეთში მშენებარე ITER tokamak-ის სქემა

ბირთვული შერწყმის რეაქციებს აქვს პოტენციალი იყოს უფრო უსაფრთხო და წარმოქმნას ნაკლები რადიოაქტიური ნარჩენები, ვიდრე დაშლა. ეს რეაქციები, როგორც ჩანს, პოტენციურად სიცოცხლისუნარიანია, თუმცა ტექნიკურად საკმაოდ რთულია და ჯერ არ არის შექმნილი იმ მასშტაბით, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფუნქციურ ელექტროსადგურში. შერწყმის ენერგია თეორიული და ექსპერიმენტული კვლევის ქვეშ იყო 1950-იანი წლებიდან. ბირთვული შერწყმის კვლევა მიმდინარეობს, მაგრამ შერწყმის ენერგია სავარაუდოდ არ იქნება კომერციულად გავრცელებული 2050 წლამდე.

არსებობს რამდენიმე ექსპერიმენტული ბირთვული შერწყმის რეაქტორი და ობიექტი. ყველაზე დიდი და ყველაზე ამბიციური საერთაშორისო ბირთვული შერწყმის პროექტი ამჟამად მიმდინარეობს არის ITER, დიდი ტოკამაკი, რომელიც მშენებარეა საფრანგეთში. ITER დაგეგმილია გზის გახსნა კომერციული შერწყმის ენერგიისთვის თვითშენარჩუნებული ბირთვული შერწყმის რეაქციების დემონსტრირებით დადებითი ენერგიის მატებით. ITER-ის ობიექტის მშენებლობა 2007 წელს დაიწყო, მაგრამ პროექტს მრავალი შეფერხება და ბიუჯეტის გადაჭარბება მოჰყვა. დაწესებულება ახლა სავარაუდოდ არ დაიწყებს ოპერირებას 2027 წლამდე - თავდაპირველად მოსალოდნელიდან 11 წლის შემდეგ. შემოთავაზებული იქნა კომერციული ბირთვული შერწყმის ელექტროსადგურის, DEMO, შემდგომი გამოყენება. ასევე არსებობს წინადადებები ელექტროსადგურისთვის, რომელიც ეფუძნება შერწყმის განსხვავებულ მიდგომას, ინერციული შერწყმის ელექტროსადგურის მიდგომას.

თავდაპირველად ითვლებოდა, რომ შერწყმა-ენერგიით ელექტროენერგიის გამომუშავება ადვილად მისაღწევი იყო, ისევე როგორც დაშლა-ელექტრო ენერგია. თუმცა, უწყვეტი რეაქციებისა და პლაზმის შეკავების უკიდურესმა მოთხოვნებმა განაპირობა პროგნოზების გახანგრძლივება რამდენიმე ათწლეულით. 2020 წელს, პირველი მცდელობიდან 80 წელზე მეტი ხნის შემდეგ, შერწყმის ენერგიის წარმოების კომერციალიზაცია ნაკლებად სავარაუდო იყო 2050 წლამდე.

2023 წელს შეერთებული შტატების ენერგეტიკის დეპარტამენტმა (DOE) რვა ფირმას, მათ შორის Commonwealth Fusion Systems-სა და Tokamak Energy Inc-ს, გადასცა $46 მილიონი.