How do nuclear power plants work? - M. V. Ramana and Sajan Saini

Care sunt provocările energiei nucleare? - M.V. Ramana și Sajan Saini

Traducător: Ovidiu Panaite Corector: Cristina Nicolae

On a December afternoon in Chicago during the middle of World War II,

Într-o după-amiază de decembrie în Chicago în cel de-al doilea război mondial,

scientists cracked open the nucleus at the center of the uranium atom

oamenii de știință au deschis nucleul din centrul atomului de uraniu

and turned nuclear mass into energy over and over again.

și au transformat masa nucleară în energie din nou și din nou.

They did this by creating for the first time

Au făcut asta creând pentru prima oară

a chain reaction inside a new engineering marvel:

o reacție în lanț în interiorul unei minuni inginerești:

the nuclear reactor.

reactorul nuclear.

Since then, the ability to mine great amounts of energy from uranium nuclei

De atunci, abilitatea de a extrage o cantitate mare de energie din uraniu

has led some to bill nuclear power

i-a făcut pe mulți să declare energia nucleară

as a plentiful utopian source of electricity.

ca o sursă de energie abundentă și utopică.

A modern nuclear reactor generates enough electricity from one kilogram of fuel

Un reactor nuclear generează destulă electricitate dintr-un kg de combustibil

to power an average American household for nearly 34 years.

pentru a alimenta o casă americană normală timp de 34 de ani.

But rather than dominate the global electricity market,

Dar în loc să domine piața globală de electricitate,

nuclear power has declined from an all-time high of 18% in 1996

energia nucleară a scăzut de la 18% în 1996

to 11% today.

la 11% astăzi.

And it's expected to drop further in the coming decades.

Și e de așteptat să scadă și mai mult în deceniile următoare.

What happened to the great promise of this technology?

Ce s-a întâmplat cu această tehnologie promițătoare?

It turns out nuclear power faces many hurdles,

Se pare că energia nucleară întâmpină multe obstacole,

including high construction costs

printre care costurile ridicate

and public opposition.

și opoziția publică.

And behind these problems lie a series of unique engineering challenges.

Iar în spatele problemelor se află o serie unică de provocări inginerești.

Nuclear power relies on the fission of uranium nuclei

Energia nucleară are la bază fisiunea nucleului de uraniu

and a controlled chain reaction

și o reacție în lanț controlată

that reproduces this splitting in many more nuclei.

care reproduce separarea în și mai multe nuclee.

The atomic nucleus is densely packed with protons and neutrons

Nucleul atomic e dens populat de protoni și neutroni

bound by a powerful nuclear force.

legați de o forță nucleară puternică.

Most uranium atoms have a total of 238 protons and neutrons,

Majoritatea atomilor de uraniu au un total de 238 protoni și neutroni,

but roughly one in every 140 lacks three neutrons,

dar la fiecare 1 din 140 lipsesc trei neutroni,

and this lighter isotope is less tightly bound.

iar acest izotop mai ușor are o legătură mai slabă.

Compared to its more abundant cousin,

Comparativ cu vărul său mai încărcat,

a strike by a neutron easily splits the U-235 nuclei

lovitura unui neutron separă ușor nucleul de U-235

into lighter, radioactive elements called fission products,

în elemente radioactive mai ușoare numite produse de fisiune,

in addition to two to three neutrons,

pe lângă alți doi sau trei neutroni,

gamma rays,

raze gama

and a few neutrinos.

și câțiva neutrini.

During fission, some nuclear mass transforms into energy.

În timpul fisiunii, o parte din masa nucleară se transformă în energie.

A fraction of the newfound energy powers the fast-moving neutrons,

O parte din nou-formata energie alimentează neutronii rapizi

and if some of them strike uranium nuclei,

iar dacă unii neutroni lovesc nuclee de uraniu,

fission results in a second larger generation of neutrons.

rezultă o a doua generație mai mare de neutroni.

If this second generation of neutrons strike more uranium nuclei,

Dacă această a doua generație de neutroni lovesc mai multe nuclee de uraniu,

more fission results in an even larger third generation, and so on.

rezultă mai multă fisiune și o a treia generație și mai mare, și tot așa.

But inside a nuclear reactor,

Dar într-un reactor nuclear,

this spiraling chain reaction is tamed using control rods

acestă reacție în lanț e ținută în frâu folosind sfori de control

made of elements that capture excess neutrons and keep their number in check.

Făcute din elemente care prind neutronii în exces și controlează numărul acestora.

With a controlled chain reaction,

Cu o reacție în lanț controlată,

a reactor draws power steadily and stably for years.

un reactor extrage energie stabil și durabil timp de mulți ani.

The neutron-led chain reaction is a potent process driving nuclear power,

Reacția în lanț condusă de neutroni e un bun proces de obținere a energiei,

but there's a catch that can result

dar are o problemă care duce

in unique demands on the production of its fuel.

la cerințe specifice în producția combustibilului.

It turns out, most of the neutrons emitted from fission have too much kinetic energy

Se pare că majoritatea neutronilor dați de fisiune au prea multă energie cinetică

to be captured by uranium nuclei.

pentru a fi capturată de nucleele de uraniu.

The fission rate is too low and the chain reaction fizzles out.

Rata fisiunii e prea mică, iar reacția în lanț se evaporă.

The first nuclear reactor built in Chicago used graphite as a moderator

Primul reactor nuclear din Chicago a folosit grafitul ca moderator

to scatter and slow down neutrons just enough

pentru a împrăștia și încetini neutronii îndeajuns

to increase their capture by uranium and raise the rate of fission.

încât să permită prinderea lor de către uraniu și să crească rata de fisiune.

Modern reactors commonly use purified water as a moderator,

Reactoarele moderne folosesc apa purificată ca moderator,

but the scattered neutrons are still a little too fast.

dar neutronii împrăștiați tot sunt prea rapizi.

To compensate and keep up the chain reaction,

Pentru a compensa și menține reacția în lanț,

the concentration of U-235 is enriched

concentrația de U-235 e îmbogățită

to four to seven times its natural abundance.

la de 4 până la 7 ori abundența sa naturală.

Today, enrichment is often done by passing a gaseous uranium compound

Azi îmbogățirea se face trecând un compus de uraniu gazos

through centrifuges

prin centrifuge

to separate lighter U-235 from heavier U-238.

pentru a separe U-235 mai ușor de U-238 mai greu.

But the same process can be continued to highly enrich U-235

Dar același proces poate fi continuat pentru a îmbogăți considerabil U-235

up to 130 times its natural abundance

la până de 130 de ori abundența lor naturală

and create an explosive chain reaction in a bomb.

și să creeze o reacție în lanț explosivă într-o bombă.

Methods like centrifuge processing must be carefully regulated

Metodele precum procesarea centrifugată trebuie regulate atent

to limit the spread of bomb-grade fuel.

pentru a limita răspândirea combustibilului periculos.

Remember, only a fraction of the released fission energy

Doar o parte din energia eliberată de fisiune

goes into speeding up neutrons.

accelerează neutronii.

Most of the nuclear power goes into the kinetic energy of the fission products.

Majoritatea energiei nucleare alimentează energia cinetică a produselor fisiunii.

Those are captured inside the reactor as heat by a coolant,

Acestea sunt prinse de un răcitor în interiorul reactorului,

usually purified water.

de cele mai multe ori apă purificată.

This heat is eventually used to drive an electric turbine generator by steam

Căldura e folosită la alimentarea unei turbine electrice pe abur

just outside the reactor.

din afara reactorului.

Water flow is critical not only to create electricity,

Fluxul apei e critic nu doar pentru a crea electricitate,

but also to guard against the most dreaded type of reactor accident,

ci și pentru a preveni cel mai temut accident dintr-un reactor:

the meltdown.

topirea miezului.

If water flow stops because a pipe carrying it breaks,

Dacă fluxul de apă se oprește pentru că țeava se strică

or the pumps that push it fail,

sau dacă pompele nu mai funcționează,

the uranium heats up very quickly and melts.

uraniul se încălzește foarte repede și se topește.

During a nuclear meltdown,

În timpul unei topiri nucleare

radioactive vapors escape into the reactor,

vapori radioactivi scapă în reactor,

and if the reactor fails to hold them,

iar dacă reactorul nu îi poate reține,

a steel and concrete containment building is the last line of defense.

ultima rezistență e o clădire din oțel și beton.

But if the radioactive gas pressure is too high,

Dar dacă presiunea gazului e prea mare,

containment fails and the gasses escape into the air,

reținerea lor eșuează, iar gazele scapă în aer,

spreading as far and wide as the wind blows.

răspândindu-se până unde le duce vântul.

The radioactive fission products in these vapors

Produsele radioactive din acești vapori

eventually decay into stable elements.

se descompun în final în elemente stabile.

While some decay in a few seconds,

Dacă unele se descompun în câteva secunde,

others take hundreds of thousands of years.

altele au nevoie de sute sau mii de ani.

The greatest challenge for a nuclear reactor

Cea mai mare provocare pentru un reactor

is to safely contain these products

e să rețină aceste produse

and keep them from harming humans or the environment.

pentru a nu le face rău oamenilor sau mediului.

Containment doesn't stop mattering once the fuel is used up.

Reținerea lor nu se oprește atunci când combustibilul se termină.

In fact, it becomes an even greater storage problem.

De fapt, devine o problemă de stocare și mai mare.

Every one to two years,

La fiecare unu-doi ani,

some spent fuel is removed from reactors

o parte din combustibilul folosit e scos din reactoare

and stored in pools of water that cool the waste

și stocat în piscine cu apă ce răcește deșeurile

and block its radioactive emissions.

și blochează emisiile radioactive.

The irradiated fuel is a mix of uranium that failed to fission,

Combustibilul iradiat e un amestec de uraniu care nu a fisionat,

fission products,

produse ale fisiunii

and plutonium, a radioactive material not found in nature.

și plutoniu, o substanță radioactivă care nu se găsește în natură.

This mix must be isolated from the environment

Amestecul trebuie izolat de mediu

until it has all safely decayed.

până se descompune în siguranță.

Many countries propose deep time storage in tunnels drilled far underground,

Multe țări propun stocarea îndelungată în tunele săpate sub pământ,

but none have been built,

dar nu au fost construite

and there's great uncertainty about their long-term security.

și siguranța lor pe termen lung e pusă sub semnul întrebării.

How can a nation that has existed for only a few hundred years

Cum poate o națiune care există de numai câteva sute de ani

plan to guard plutonium through its radioactive half-life

să își propună să păzească plutoniul de-a lungul vieții sale radioactive

of 24,000 years?

de 24 de mii de ani?

Today, many nuclear power plants sit on their waste, instead,

Astăzi multe centrale nucleare stau deasupra deșeurilor proprii,

storing them indefinitely on site.

stocându-le pe termen nedefinit.

Apart from radioactivity, there's an even greater danger with spent fuel.

Pe lângă radioactivitate, există un pericol și mai mare cu combustibilul.

Plutonium can sustain a chain reaction

Plutoniul poate susține o reacție în lanț

and can be mined from the waste to make bombs.

și poate fi extras din deșeuri pentru a se crea bombe.

Storing spent fuel is thus not only a safety risk for the environment,

Așadar, stocarea combustibilului nu e o problemă doar pentru mediu,

but also a security risk for nations.

ci și pentru securitatea națiunilor.

Who should be the watchmen to guard it?

Cine ar trebui să-l păzească?

Visionary scientists from the early years of the nuclear age

Cercetătorii vizionari din anii de început ai energiei nucleare

pioneered how to reliably tap the tremendous amount of energy

și-au imaginat cum poate fi captată energia imensă

inside an atom -

dintr-un atom,

as an explosive bomb

ca o bombă explozivă

and as a controlled power source with incredible potential.

și ca o sursă puternică controlată, cu un potențial incredibil.

But their successors have learned humbling insights

Dar urmașii lor au învățat adevărul dureros

about the technology's not-so-utopian industrial limits.

despre limitele industriale nu atât de utopice ale tehnologiei.

Mining the subatomic realm makes for complex, expensive, and risky engineering.

Exploatarea tărâmului subatomic e o inginerie complexă, scumpă și riscantă.