תחנת כוח גרעינית

תחנת כוח גרעינית היא תחנת כוח שמקור החום שלה הוא כור גרעיני. כמקובל בכל תחנת כוח תרמית, החום משמש ליצירת קיטור אשר מניע את טורבינת הקיטור אשר מחוברת לגנרטור חשמלי שמספק חשמל. על פי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית (סבא"א), נכון לאפריל 2014, יש 435 תחנות כוח גרעיניות פעילות ב-31 מדינות.

היסטוריה

ערכים מורחבים – היסטוריה של כור גרעיני, היסטוריה של ביקוע גרעיני

הפעם הראשונה בה יוצר חשמל על ידי כור גרעיני הייתה ב-3 בספטמבר 1948, באוק רידג' שבארצות הברית, וזוהי הפעם הראשונה בה תחנת כוח גרעינית שימשה להדלקת נורה. הניסוי הגדול השני התרחש ב-20 בדצמבר 1951, תחנת ניסוי ליד העיר ארקו שבמדינת איידהו, בארצות הברית. ב-27 ביוני 1954, החלה תחנת כוח גרעינית בברית המועצות לספק לראשונה בעולם, חשמל לרשת חשמל. התחנה הראשונה בעולם בקנה מידה מלא, נפתחה באנגליה ב-17 באוקטובר 1956.

מערכות

ההמרה לאנרגיה חשמלית מתרחשת בעקיפין, כמו בתחנות כוח תרמיות קונבנציונליות. הביקוע בכור גרעיני מחמם את נוזל הקירור, אשר משמש להסעת החום אל מחוץ לכור. אמצעי הקירור יכול להיות מים, גז או אפילו מתכת נוזלית, תלוי בסוג הכור. נוזל קירור עובר אל טורבינת הקיטור ומחמם את המים על מנת ליצור קיטור. הקיטור שלא מנוצל עובר למעבה. המעבה הוא מחליף חום אשר מחובר לצד המשני כגון נהר או מגדל קירור. לאחר מכן המים נשאבים בחזרה והמחזור מתחיל שוב. מחזור מים-קיטור נקרא מעגל רנקין.

כורים גרעיניים

כור גרעיני הוא מתקן ליצירת תגובת שרשרת גרעינית. השימוש הנפוץ ביותר לכורים גרעיניים הוא לייצור אנרגיה גרעינית ולהנעת ספינות.

כורים גרעיניים מתבססים לרוב על אורניום כדלק לתגובתה השרשרת. איזוטופ האורניום המשמש לתגובת שרשרת בדלק גרעיני הוא האיזוטופ אורניום-235 היותר נדיר והפחות יציב מאורניום-238. אורניום 235 נמצא בכמויות מעטות מאוד בטבע אך הוא הדלק של כורים גרעיניים.

הכור הגרעיני הוא לב תחנת הכוח.

מאחר שהביקוע הגרעיני יוצר רדיואקטיביות, ליבת הכור מוקפת במגן. היא סופגת קרינה ומונעת מחומר רדיואקטיבי להשתחרר לסביבה. בנוסף, כורים רבים מצוידים בכיפת בטון כדי להגן על הכור נגד מפגעים פנימיים והשפעות חיצוניות.

טורבינת קיטור

המטרה של טורבינת הקיטור היא להמיר את החום הכלול בקיטור לאנרגיה מכנית. בית המנוע עם טורבינת הקיטור בדרך כלל מופרד מבניין הכור העיקרי.

במקרה של כור המופעל באמצעות לחץ מים, טורבינת הקיטור נפרדת ממערכת הכור. כדי לזהות דליפה במחולל הקיטור ובכך מעבר של מים רדיואקטיביים בשלב מוקדם, מד פעילות מותקן כדי לעקוב אחר קיטור ביציאה של מחולל הקיטור. לעומת זאת, בכורי מים רותחים עוברים מים רדיואקטיביים באמצעות טורבינת הקיטור, כך הטורבינה נשמרת כחלק מאזור השליטה של תחנת הכוח הגרעינית.

גנרטור

הגנרטור הוא מכונה באמצעותה ממירים אנרגיה מכנית המופקת באמצעות הטורבינה לאנרגיה חשמלית.

מערכת קירור

מערכת הקירור מסלקת את החום מליבת הכור ומעבירה אותו לאזור אחר בתחנת הכוח, שם מנצלים את האנרגיה התרמית לייצור חשמל או פעולות מועילות אחרות. לרוב נוזל הקירור משמש כמקור חום לדוד חימום, והקיטור היוצא ממנו מניע טורבינת קיטור אחרת או יותר אשר מניעה גנרטור חשמלי.

שסתומי בטיחות

במקרה חירום, שסתומי בטיחות יכולים למנוע מצינורות להיבקע או מהכור להתפוצץ. השסתומים מתוכננים כך שהם מאפשרים את הזרימה במערכת בהתאם ללחץ שנקבע.

משאבת מים

רמת המים בגנרטור הקיטור ובכור הגרעיני נשלטת על ידי מערכת הזנת מים. משאבת המים לוקחת את המים ממערכת העיבוי, מגבירה את הלחץ ודוחפת אותם לגנרטור הקיטור (במקרה של כור המופעל במים בלחץ גבוה) או ישירות לתוך הכור (במקרה של כור מים רותחים).

אספקת חשמל בחירום

רוב תחנות הכוח הגרעיניות דורשות שתי הזנות חשמל נפרדות, ובאמצעות שנאים שממוקמים רחוק אחד מהשני בשטח תחנת הכוח שיכולים לקבל חשמל ממספר קווי חשמל. אפילו עם השרידות של שני מקורות כוח הסיכוי לאובדן חשמל עדיין אפשרי. תחנות כוח גרעיניות מצוידות במערכות אספקת חשמל בחירום במטרה לשמור על הבטיחות במקרה של כיבוי יחידה ואובדן חשמל ממקור כוח חיצוני. מצברים מספקים חשמל רציף למכשירים, מערכות בקרה ושסתומים. גנרטורים לשעת חירום המונעים בדיזל מספקים זרם AC לטעינת המצברים ומספקים חשמל למערכות מבוססות זרם AC. הגנרטורים לשעת חירום לא מפעילים את כל מערכות תחנת הכוח, רק את אלה הנדרשות כדי לכבות את הכור בבטחה, לסלק חום מהכור, ולעיתים על מנת לקרר מאגרי דלק משומש.

עובדים בתחנת כוח גרעינית

מהנדסי גרעין
מפעילי כור
אחראי בריאות
צוות תגובת חירום
פקחי הוועדה לפיקוח גרעיני

כדאיות כלכלית

תחנת הכוח הגרעינית "ברוס", מתקן יצור חשמל על בסיס גרעיני הגדול בעולם.

הכדאיות הכלכלית של תחנות כוח הגרעיניות חדשות היא נושא שנוי במחלוקת, והשקעות של מיליארדי דולרים מבוססות על הבחירה של מקור אנרגיה. לתחנות כוח גרעיניות יש בדרך כלל עלויות בנייה גבוהות, אך עלויות דלק נמוכות, עם העלויות של הפקת דלק, עיבוד, שימוש ועלויות אחסון דלק משומש. לכן, השוואה עם שיטות ייצור חשמל אחרות תלויה מאוד בהנחות לגבי לוחות הזמנים של הבנייה ומימון הון לכורים גרעיניים. על הערכות עלות לקחת בחשבון עלויות פירוק התחנה ועלויות אחסון פסולת רדיואקטיבית או מחזור בארצות הברית בשל חוק אנדרסון.

מצד שני, אמצעים להפחתת התחממות עולמית כמו מיסוי על פליטת פחמן, מגדילים את הכדאיות הכלכלית לאנרגיה גרעינית. בנוסף, יעילות נוספת תושג ככל הנראה באמצעות כורים בעלי עיצוב מתקדם, כורי הדור השלישי מבטיחים להיות יעילים ב-17% בצריכת דלק, ובעלי הוצאות נמוכות, כורי העתיד הרחוק יותר מהדור החמישי, מבטיחים להיות יעילים ב-10,000-30,000% בצריכת דלק ולבטל את תוצר הפסולת הגרעינית.

במזרח אירופה, מספר פרויקטים ותיקים נאבקים כדי למצוא מימון, בעיקר בבולגריה, וכן ברומניה, שם משקיעים פוטנציאליים כבר נטשו. במקומות בהם זמין גז זול, ואספקתו העתידית בטוחה יחסית, יש קושי בהקמת פרויקטים גרעיניים.

אנליסטים של כדאיות כלכלית של אנרגיה גרעינית, חייבים לקחת בחשבון את סיכון חוסר הוודאות בעתיד. עד היום כל תחנות הכוח הגרעיניות פותחו על ידי חברות בבעלות המדינה, או מונופולים בתחום החשמל שם רבים מהסיכונים מקושרים לעלויות בנייה, מחירי דלק, וגורמים נוספים הושתו על הצרכנים ולא על הספקים. מדינות רבות עוברות ליברליזציה של שוק החשמל כאשר הסיכונים שהוזכרו, והסיכונים של מתחרים זולים יותר מושתים על הספקים ולא על הצרכנים, דבר המוביל להערכת כדאיות כלכלית שונה לגמרי בתחנות כוח גרעיניות חדשות.

בעקבות האסון הגרעיני בפוקושימה בשנת 2011, העלויות צפויות לעלות בפעילות כורים קיימים ותחנות כוח גרעיניות חדשות, כתוצאה מדרישות מוגברות לטיפול באיומים אפשריים ורגולציות אחרות. עם זאת, בבניות חדשות, כדוגמת בניית הכור AP1000, יש שימוש במערכות בטיחות פסיביות, בשונה מאלה שהיו בתחנת הכוח הגרעינית פוקושימה 1 אשר דרשו מערכות קירור אקטיביות. דבר זה מפחית בצורה משמעותית את ההוצאות על שרידות וגיבויים לציוד בטיחות.

בטיחות ותאונות

צ'ארלס פיררו, מחבר הספר "תאונות רגילות", טוען כי תקלות מרובות בו זמנית וכשלים בלתי צפויים במערכות כורים גרעיניים. תאונות כאלה בלתי ניתנות למניעה, גם לא מבחינה תכנונית. צוות בין-תחומי מאוניברסיטת MIT העריך כי בהתחשב בגידול הצפוי של כוח גרעיני בשנים 2005 - 2055, צפויות לפחות 4 תאונות גרעיניות חמורות בתקופה זו. עם זאת, המחקר ב-MIT אינו לוקח בחשבון שיפורים בבטיחות מאז 1970. נכון ל-2015, התרחשו 5 תאונות גרעיניות חמורות (פגיעה בליבת הכור) בעולם מאז 1970 (תאונת אי שלושת המילין ב-1979; אסון צ'רנוביל ב-1986; ו-3 מקרים באסון הגרעיני בפוקושימה ב-2011). מדובר בממוצע של תאונה חמורה אחת כל 8 שנים.

מחלוקות

הדיון על אנרגיה גרעינית נסוב סביב המחלוקות בנושא הקמת והפעלת כורים גרעיניים במטרה לייצר חשמל מדלק גרעיני למטרות אזרחיות. הדיון על אנרגיה גרעינית הגיע לשיא במהלך 1970 ו-1980, כאשר "הגיעה עוצמה חסרת תקדים בהיסטוריה של טכנולוגיות שנויות במחלוקת", בחלק מהמדינות.

תומכים טוענים כי אנרגיה גרעינית היא מקור אנרגיה בת קיימא אשר מפחיתה את פליטת הפחמן ויכולה להגביר את הביטחון האנרגטי, אם השימוש בו מחליף את תלות בדלקים מיובאים. כמו כן נטען כי^[^{דרוש מקור]} אנרגיה גרעינית לא יוצרת זיהום אוויר, בניגוד לחלופה של דלק מאובנים. בנוסף יש המאמינים כי אנרגיה גרעינית היא הפתרון היחיד להבטחת עצמאות אנרגטית ברוב המדינות המערביות. הם טוענים כי הסיכון באחסון פסולת גרעינית קטן והוא יכול לקטון עוד יותר, ככל שמשתמשים בכורים חדשים יותר, וכי רמת הבטיחות במדינות המערב מצוינת בהשוואה לתחנות כוח גדולות.

המתנגדים טוענים כי אנרגיה גרעינית מציבה איומים רבים על בני אדם והסביבה. איומים אלה כוללים סיכונים בריאותיים ופגיעה בסביבה מכריית אורניום, עיבודו והובלתו, הסיכון של הפצת נשק גרעיני או חבלה והבעיה הבלתי פתורה של פסולת גרעינית רדיואקטיבית. הם גם טוענים כי גם הכורים עצמם מורכבים מאוד ולכן תקלות רבות יכולות להתרחש, מה שעלול להוביל לתאונות גרעיניות. המתנגדים אינם מאמינים כי סיכונים אלה יכולים לפחות עם התפתחות הטכנולוגיה. לטענתם, כאשר מחשבים את כל האנרגיה המושקעת בתהליך, החל משלב כריית האורניום ועד פירוק תחנת כוח גרעינית, אנרגיה גרעינית אינה באמת מקור אנרגיה בעלת פליטת פחמן נמוכה.

עיבוד מחדש

טכנולוגיית עיבוד מחדש גרעינית פותחה על מנת להפריד פלוטוניום מהדלק הגרעיני המוקרן. עיבוד מחדש משרת מספר מטרות, אשר החשיבות שלהן השתנתה עם הזמן. במקור עיבוד מחדש שימש אך ורק לצורך הוצאת הפלוטוניום לצורך ייצור נשק גרעיני. עם ההתמסחרות של אנרגיה גרעינית, העיבוד מחדש של פלוטוניום משמש לצורך מיחזורו בחזרה לתוך הדלק הגרעיני בכורים תרמיים. בנוסף, כור תרבית יכול להשתמש לא רק פלוטוניום ממוחזר ואורניום בדלק משומש, אלא גם כל אקטיניד, ובכך לסגור מעגל דלק גרעיני ולהגדיל את האנרגיה שאפשר להפיק ומאורניום טבעי יותר מ-60 פעמים.

עיבוד גרעיני מחדש מפחית את כמות הפסולת, אך לא מפחית את הרדיואקטיביות או החום הנוצר ולכן לא מבטל את הצורך במטמנת פסולת. עיבוד מחדש הוא נושא פוליטי שנוי במחלוקות מכיוון שהוא יכול לתרום להפצת נשק גרעיני או טרור גרעיני.

אחריות במקרה של תאונות גרעיניות

אמנת וינה על אחריות אזרחית לנזק גרעיני קובעת מסגרת כללים בינלאומיים על אחריות גרעינית. יחד עם זאת, המדינות בהן נמצאות מרבית תחנות הכוח הגרעיניות בעולם כולל ארצות הברית, רוסיה, סין ויפן, אינן חלק מהאמנה בנושא זה.

בארצות הברית, הביטוח על תאונות גרעיניות או קרינה רדיואקטיבית מכוסה בחוק פרייס-אנדרסון לתעשיית הגרעין.

הוצאה משירות

הוצאה משירות היא תהליך של פירוק תחנת כוח גרעינית וטיהור האתר עד למצב בו לא נדרשות הגנות מפני קרינה לציבור. ההבדל העיקרי בין פירוק תחנת כוח גרעינית אחת לאחרת, הוא כמות החומר הרדיואקטיבי הנדרש לטפל בו.

תקופת הפעולה של תחנת כוח גרעינית היא 30 שנים. אחד הגורמים לשחיקה מכנית הוא ההרס של מעטפת הכורים בעקבות קרינה מייננת.

הוצאה משירות מערבת גורמים רבים ופעולות טכניות רבות. התהליך כולל את כל פעולות הניקיון והטיהור הרדיואקטיבי, וההרס של המבנים. כאשר התהליך מסתיים, לא אמורה להשקף סכנת קרינה או תאונה גרעינית. לאחר שתחנת הכוח פונתה היא משוחררת מכל חובה רגולטורית, והרישיון שלה אינו מכיל יותר כל אחריות לבטיחות גרעינית.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא תחנת כוח גרעינית בוויקישיתוף

http://thehill.com/blogs/pundits-blog/energy-environment/344845-want-renewable-power-clear-the-path-for-nuclear-energy

חזון הקמתן של תחנות כוח גרעיניות לייצור חשמל בישראל, כתב העת אקולוגיה וסביבה, אוקטובר 2015
תחנות כוח גרעיניות, דף שער בספרייה הלאומית