nuklearna energija

nuklearna energija (atomska energija), energija koja se oslobađa ili troši u spontanim (→ radioaktivnost) ili izazvanim nuklearnim pretvorbama (nuklearne reakcije). Nuklearna reakcija nastaje sudarom dviju atomskih jezgara ili sudarom atomske jezgre s nekom česticom, npr. s neutronom, a proizvodi takve reakcije mogu biti nove jezgre i čestice. Za sudar jezgre X s česticom A, uz nastajanje jezgre Y i emisiju čestice B, prema zakonu o održanju mase i energije vrijedi:

mXc² + mAc² + Ekp = mYc² + mBcEkk,

gdje su m mase jezgara i čestica, Ekp i Ekk početna i konačna kinetička energija, a c brzina svjetlosti. Ako je Ekk > Ekp, reakcijom se oslobađa energija, što je moguće samo na račun dijela mase koji se pretvara u energiju (→ defekt mase; energija vezanja). Energije koje se oslobađaju nuklearnim pretvorbama veće su i milijun puta od onih koje se oslobađaju u kemijskim reakcijama.

U užem, energetskom smislu, nuklearna energija je ona energija koja se oslobađa pri spajanju ili fuziji lakih i pri cijepanju ili fisiji teških atomskih jezgara (→ fisija; fuzija; fuzijsko-fisijski hibrid). U oba slučaja novonastale jezgre bliže su području najčvršće vezanih atomskih jezgara (za fisiju maseni brojevi oko 50 do 60), pa se u tim reakcijama oslobađa dodatna energija vezanja. Nuklearna fuzija odvija se na temperaturama od više milijuna kelvina i osnovni je proces stvaranja energije u zvijezdama; u zemaljskim uvjetima ostvarena je nekontrolirana fuzija eksplozijom atomske bombe. Kontrolirana fuzija znatno je teži znanstv. problem; fuzija vodikova izotopa ostvarena je tek nakon desetljeća istraživanja u nekoliko istraživačkih uređaja, ali je komercijalno korištenje fuzijske energije za sada udaljeno više desetljeća, pa i upitno, barem u današnjim fuzijskim uređajima.

Nuklearna fisija uranija, izazvana bombardiranjem neutronima, otkrivena je potkraj 1938., pred II. svjetski rat, što je bilo ključno za smjer daljnjega razvoja nuklearne energetike, pokretanje tzv. Projekta Manhattan i proizvodnju atomske bombe (→ nuklearno oružje). Demonstracija strašne razornosti atomskih bombi njihovim aktiviranjem nad Japanom (6. i 9. VIII. 1945) rezultirala je najprije Washingtonskom deklaracijom (1945) predsjednika SAD-a, Velike Britanije i Kanade o primjeni nuklearne energije samo u miroljubive svrhe, a zatim i Baruchovim planom o osnivanju međunar. organizacije velikih ovlasti za miroljubivo iskorištavanje nuklearne energije u okviru UN-a. Međutim, SSSR nije plan prihvatio, tada već intenzivno razvijajući vlastitu atomsku bombu, koju je prvi put demonstrirao 1949. Počeo je hladni rat i utrka u nuklearnom naoružanju koja se razvila do iracionalnih razmjera, stavljajući miroljubivu upotrebu nuklearne energije u drugi plan. Zato je 1955. u Ženevi održana Konferencija o miroljubivoj upotrebi atomske energije, kada su SAD i druge zemlje obznanili do tada nedostupna znanja iz nuklearne znanosti i tehnologije. Već 1956. UN je osnovao Međunarodnu agenciju za atomsku energiju (International Atomic Energy Agency, IAEA) sa zadaćom da potiče i pomaže mirnodopsku upotrebu nuklearne energije. Nuklearni reaktori za proizvodnju energije intenzivnije su se počeli razvijati 1960-ih i 1970-ih (→ nuklearni reaktor). Vodom hlađeni reaktori prevladavaju među približno 440 energetskih reaktora koji su u pogonu poč. 3. tisućljeća. Njihovo današnje postojanje u tridesetak zemalja odražava dijelom i želju da se smanji ovisnost o fosilnim gorivima. Francuska i Japan intenzivirali su svoje nuklearne programe nakon naftne krize 1973. U 60-ak nuklearnih elektrana Francuska proizvodi više od 70% potrebne električne energije. Trinaest članica Europske unije posjeduje nuklearne elektrane, koje proizvode 35% električne energije. Današnje studije pokazuju da u dogledno vrijeme predviđeni razvoj energetike, uz poštivanje Protokola iz Kyota o ograničenju emisije ugljikova dioksida (CO2), nije moguć bez primjene nuklearne energije, s tim da se njezin udjel u ukupnoj proizvodnji energije, s današnjih 6,7%, poveća barem na 40%. Ostvarenje takva dugoročnoga razvoja nuklearne energetike ovisi o nekoliko čimbenika:

1) Sigurnost nuklearnih elektrana u posljednjih je 20-ak godina bitno poboljšana unaprjeđivanjem tehnologije i iskustvima pogona, uključivo i kvar na elektrani Otok tri milje u SAD-u 1979 (kvar na sovjetskoj elektrani u Černobilju 1986. irelevantan je za zapadnu reaktorsku tehnologiju), pa je vjerojatnost teške nezgode novijih reaktora smanjena za više desetaka puta. Daljnji razvoj usmjeren je ostvarivanju sigurnosti primarno inherentnim fizikalnim svojstvima, a manje višestrukim sigurnosnim sustavima.

2) Ekonomičnost nuklearne elektrane pokazuje se konkurentnom u europskim uvjetima zbog stalnoga rasta cijena nafte i plina, a i zbog primjene poreza na emisiju ugljikova dioksida iz elektrana s fosilnim gorivima.

3) Odlaganje radioaktivnog otpada i istrošenoga goriva nije tehnički problem s gledišta sigurnosti, ali još nije donesena odluka o najpovoljnijem načinu trajnog odlaganja. Za sada je to uglavnom privremeno površinsko odlaganje u masivne čelično-betonske spremnike, što ostavlja razdoblje od više desetljeća za izbor najbolje opcije trajnog odlaganja.

4) Dostatnost količina nuklearnoga goriva može se osigurati dugoročnim razvojem koji uključuje iskorištavanje uranijeva izotopa 238U i torijeva izotopa 232Th, a ne ugl. samo uranijeva izotopa 235U kao u današnjim reaktorima (→ nuklearno gorivo). Već razvijeni oplodni reaktori jedno su od mogućih rješenja.

5) Povećanje upotrebe nuklearne energije na udjel od 40% ili veći u ukupnoj proizvodnji i potrošnji energije moguće je ako se ona počne primjenjivati u transportu i industriji, koji zajedno troše 2/3 ukupne energije. To se može ostvariti primjenom novih tipova reaktora, od kojih je tehnički najrazvijeniji visokotemperaturni reaktor, pogodan za industrijske procese i proizvodnju vodika.

6) Sigurnost od zloporabe nuklearnih materijala ne može se riješiti samo tehn. mjerama, već je za to potrebno i povoljno polit. okruženje. U poboljšanoj međunarodnoj političkoj klimi može se, u općem interesu, očekivati uspostava djelotvorne međunarodne kontrole nad svim uređajima za obogaćivanje uranija i preradbu istrošenoga goriva. Tek tada bi čovječanstvo, nakon isteka pričuva fosilnih goriva, odnosno zbog nužnosti da se njihovo korištenje ograniči, dobilo ekološki povoljan izvor energije za budućnost.

Pripreme za razvoj i primjenu nuklearne energije u Hrvatskoj započele su 1950. osnivanjem Instituta »Ruđer Bošković« u Zagrebu. U Hrvatskoj nema nuklearnih energetskih postrojenja, ali je Nuklearna elektrana Krško (Slovenija) izgrađena u zajedničkom vlasništvu Hrvatske elektroprivrede i Elektro-Slovenije. (→ nuklearna elektrana)

nuklearna energija. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2017. Pristupljeno 20.9.2017. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=44375>.