Pogosto zastavljena vprašanja

Glavna sestavna dela jedrske elektrarne imenujemo jedrski otok in turbinski otok. Jedrski otok elektrarne s tlačnovodnim reaktorjem (npr. jedrske elektrarne Krško) sestavljajo reaktor, uparjalniki, črpalke in tlačnik.

Turbinski otok sestavljajo parna turbina, električni generator in kondenzator.

Jedrska elektrarna Krško ima tlačnovodni reaktor.

V jedrski elektrarni izkoriščamo energijo cepitve uranovih jeder. Ta se v jedrskem gorivu pretvori v toploto, ki uparja vodo. Para poganja parno turbino (kolesje z lopaticami, ki jih potiskajo curki pare), ta pa se vrti skupaj z električnim generatorjem. V generatorju so navitja z žicami, ki se premikajo med magneti. Po žicah zato steče električni tok, katerega elektrarna odda v omrežje. Povzamemo lahko takole: jedrska energija se je v reaktorju pretvorila v toplotno energijo, ki se je v turbini pretvorila v mehansko energijo za pogon generatorja (vrtenje), iz te pa je v generatorju nastala električna energija.

Jedrska elektrarna Krško deluje varno in v skladu z nacionalnimi ter mednarodnimi predpisi in standardi. Njena redna, s projektom predvidena obratovalna doba, bo potekla leta 2023, zelo verjetno pa bo podaljšana še za 20 let. Jedrski odpadki (rabljeni gorivni elementi) so shranjeni bazenu za zgorelo gorivo znotraj elektrarne.

Koncu obratovanja jedrske elektrarne sledi razgradnja. To pomeni razrez, odstranitev in odlaganje tistih konstrukcijskih delov, ki so radioaktivni.
Sem spadajo predvsem deli elektrarne, ki so povezani z jedrskim reaktorjem.
Velika večina delov elektrarne so običajni gradbeni materiali (beton) in kovine, ki jih je mogoče deloma reciklirati.

V reaktorju NEK je približno 50 ton urana v 121 gorivnih elementih. Pri menjavi goriva po 18 mesecih obratovanja elektrarne zamenjajo približno tretjino od vseh gorivnih elementov. To je najenostavnejši odgovor. Natančnejši odgovor je, da je v svežih gorivnih elementih približno 5% urana 235, ki med cepitvijo sprošča energijo, ter 95% urana 238, ki se ne cepi. V zgorelih gorivnih elementih, ki so jih zamenjali s svežimi, ostane le malo urana 235. Dejansko je torej reaktor NEK “porabil” v enem letu približno 500 kg cepljivega urana 235. Teh 500 kg ni kar “izginilo” iz gorivnih elementov, ampak so se spremenili v razne radioaktivne izotope. (glej tudi Jedrsko gorivo, pdf, 246 KB)

Uranovo gorivo je poddomena jedrskega goriva, tj. materiala iz katerega je možno pridobiti jedrsko energijo (gorivo se analogno s kemijo, uporablja kot pojem, iz katerega je možna proizvodnja energije). Jedrsko gorivo je tako tisti material, v katerem potekajo jedrske reakcije, pri tem pa se sprošča energija. Daleč najpogostejši je izotop urana 235, katerega uporablja večina jedrskih elektrarn. Od tod izvira pojem uranovo gorivo. Poleg uranovega se uporablja tudi plutonijevo, oz. mešanica slednjih (t.i. MOX gorivo).

Moč jedrskega reaktorja reguliramo tako, da vplivamo na število nevtronov, ki vzdržujejo verižno reakcijo (od števila nevtronov je odvisno število cepitev, od tega pa moč reaktorja). To je mogoče izvajati na razne načine, še najlažje razumljiva je uporaba regulacijskih palic. To so palice, ki vsebujejo absorberje nevtronov – snovi, katerih jedra “požirajo” nevtrone, vendar se pri tem ne cepijo, npr. srebro, bor, indij, kadmij. Regulacijske palice lahko posebni mehanizmi poljubno vstavljajo ali izvlačijo iz sredice reaktorja in s tem vplivajo na njegovo moč.

Med najsodobnejše reaktorje štejemo projekt EPR (Evropski tlačnovodni reaktor) družbe Areva in projekt AP1000 (tlačnovodni reaktor s pasivno varnostjo) družbe Westinghouse. Nobeden še ne obratuje, jih je pa več v gradnji. Še najbližji dokončanju in začetku obratovanja je EPR na lokaciji Olkiluoto na Finskem.

Življenska doba jedrske elektrarne Krško, ki je bila določena s projektom, bi se iztekla leta 2023. Elektrarna je bila tekom dosedanjega obratovanja zelo dobro vzdrževana in posodobljena, tako da bo njena življenska doba zelo verjetno podaljšana še za 20 let, torej do leta 2043.

Izrabljeno gorivo (gorivne elemente, ki vsebujejo premalo urana-235, da bi lahko z njimi vzdrževali verižno reakcijo) ob menjavi goriva iz reaktorja premestijo v bazen za izrabljeno gorivo. To je bazen v posebni zgradbi poleg reaktorske zgradbe, v katerem lahko izrabljeni gorivni elementi ostanejo tudi do konca življenske dobe elektrarne.

NE Krško proizvede dnevno približno 17 milijonov kWh električne energije.
(podatek za marec 2013)

Reaktor je kritičen (deluje na konstantni moči), kadar se ne “izgubi” preveč nevtronov, ki so potrebni za vzdrževanje verižne reakcije. Eden od načinov izgubljanja nevtronov je pobeg nevtronov iz sredice. Krogla ima od vseh teles z enako prostornino (oziroma enako količino goriva) najmanjšo površino in torej na ta način “izgubi” najmanj nevtronov.

Izkoristki toplotnih strojev, med katere spadajo tudi jedrske elektrarne, so odvisni od temperatur njihovih delovnih medijev in kvalitete izdelave. Večina novejših termoelektrarn ima izkoristke preko 40 %, nove jedrske elektrarne, ki so sedaj v gradnji, pa blizu 37 %.

Tretja generacija jedrskih reaktorjev je po načinu delovanja zelo podobna sedanjim, imajo pa precej izboljšane varnostne lastnosti.

Reaktorji četrte generacije so novi tipi reaktorjev, ki bodo imeli zelo izboljšane varnostne lastnosti, povečan izkoristek, možnost “jedrskega sežiganja” radioaktivnih odpadkov in zelo zmanjšano možnost pridobivanja jedrskih snovi za vojaške namene. Mednje spadata npr. hitri reaktor, hlajen s tekočim natrijem in visokotemperaturni reaktor, hlajen z vodikom.

Para za pogon uparjalnika nastaja v uparjalniku s pomočjo toplote iz primarnega (reaktorskega) sistema jedrske elektrarne.

V reaktorju jedrske elektrarne Krško je 121 gorivnih elementov, v vsakem je 235 gorivnih palic, v vsaki gorivni palici pa približno 400 tabletk. Tabletk je torej približno 11 milijonov. Skupna količina urana v sredici reaktorja je približno 50 ton.

Uran-235 (edini cepljivi izotop v naravi) ima v jedru ravno pravo število protonov in nevtronov, da ga je mogoče cepiti in lahko v njem poteka samovzdrževalna verižna reakcija. Cepljiv je tudi plutonij-239, ki pa ga ni v naravi in ga lahko pridobimo v jedrskem reaktorju.

V jedrski elektrarni Krško je zaposlenih okrog 600 ljudi.

V jedrskem gorivu, ki (običajno v obliki tabletk, te pa so znotraj gorivne palice) se ob cepitvi jeder urana ali plutonija sprošča energija v obliki toplote, ki greje palico.

V jedrski elektrarni je gorivo izdelano v obliki tabletk premera malo manj kot 1 cm, ki so vložene v neprodušno zaprte cevke iz cirkonija. Tabletke so iz uranovega oksida (UO2), ki je keramičen material in prenese zelo visoke temperature. Uran v tabletkah je obogaten – mešanica približno 5 % cepljivega izotopa urana (uran – 235) in 95 % necepljivega urana – 238.

Sredica reaktorja je prostor znotraj reaktorske posode, v katerem so gorivni elementi (uran).

V vsaki jedrski elektrarni nastane v reaktorskem gorivu iz urana-238 (ki ga je v svežem gorivu več kot 95 %) tudi nekaj plutonija, ki v gorivnem ciklu odda znatno količino energije. V nekaterih jedrskih elektrarnah pa uporabljajo poleg običajnega goriva tudi delež mešanega goriva (strokovna oznaka je MOX = mixed oxide fuel = mešano oksidno gorivo, kar pomeni, da je v gorivnem elementu poleg uranovega oksida tudi plutonijev oksid). V vsakem primeru je torej v reaktorju jedrske elektrarne, ki je že nekaj časa obratovala, tudi plutonij in zato glede tega ob taki nesreči, kot se je zgodila na Japonskem, ni bistvene razlike.

Gorivna tabletka je valjček velikosti približno 1 cm (ni enaka v vseh reaktorjih).
Gostota uranovega dioksida je približno 11 g/cm³.
Iz ene tabletke se sprosti v reaktorju približno toliko toplote kot pri zgorevanju 1500 litrov nafte.

V svežem gorivu sodobnih elektrarn je 4 do 5 % urana-235 in 96 do 95 % urana-238.

Zaradi tehničnih, predvsem pa varnostnih razlogov ima vsak reaktor jedrske elektrarne lastno zgradbo.

Zanke (uparjalnik + črpalka + cevovodi) so značilnost jedrske elektrarne s tlačnovodnim reaktorjem. Ti deli so približno standardne velikosti, tako da se s številom zank povečuje moč.

Sodobne jedrske elektrarne imajo tipično 3 ali 4 zanke in moč 900 do 1400 MWe.

Jedrska elektrarna Krško, ki spada med starejše, ima 2 zanki in moč 700 MWe.

Jedrsko elektrarno poganja toplotna energija, ki nastane v jedrskem reaktorju ob cepitvi urana.

Jedrsko elektrarno lahko v grobem razdelimo na dva velika sestavna dela, ki ju imenujemo jedrski otok in turbinski otok.

Jedrski otok sestavljajo naprave in stroji, ki jedrsko energijo pretvorijo v toploto za uparjanje vode (jedrski reaktor, uparjalniki, črpalke, cevovodi itd.).

Turbinski otok sestavljajo naprave in stroji, ki energijo pare pretvorijo v električno energijo (parna turbina, kondenzator, črpalke, toplotni menjalniki, cevovodi itd.) in jo oddajo v omrežje. Turbinski otok ima enako vlogo kot termoelektrarna.

Jedrske elektrarne takega tipa, kot sedaj obratujejo po svetu in tudi v Sloveniji, ne morejo eksplodirati, ker to ni mogoče zaradi fizikalne zasnove reaktorja. Reaktor v Černobilu je eksplodiral zaradi napačne fizikalne zasnove (ki je izvirala celo iz vojaške tehnologije) in slabe varnostne kulture pri vodenju elektrarne. Tudi reaktorji enakega tipa, ki še obratujejo na področju bivše Sovjetske zveze, ne morejo več eksplodirati, ker so s spremembami jedrskega goriva popravili fizikalno zasnovo reaktorja (nenadzorovano povečanje moči reaktorja ni več mogoče).

Prednosti jedrske energije za pridobivanje elektrike so nizka cena kWh, zelo majhen vpliv na okolje in velika varnost obratovanja. Še posebej pomembno je, da jedrske elektrarne ne sproščajo v ozračje nobenih toplogrednih plinov. 

Med glavne slabosti jedrske energije lahko štejemo slabo družbeno sprejemljivost, dolgotrajno gradnjo in visoko ceno investicije.

Eksplozija jedrske elektrarne Krško fizikalno ni mogoča. Jedrska elektrarna Krško ima reaktor tlačnovodnega tipa, katerega fizikalne lastnosti ne omogočajo pojavov, ki bi lahko vodili do eksplozije.

Jedrska energija, ki se sprošča v reaktorju jedrske elektrarne Krško, je posledica cepitve jedra urana-235. To je cepljivi izotop urana, ki ga je v naravnem uranu 0,7 %. Ostalih 99,3 % je necepljivi izotop uran-238. Gorivo v jedrski elektrarni Krško je obogaten uran, ki ga sestavlja približno 4 % urana-235 in 96 % urana-238.

Jedrska elektrarna Krško je začela redno obratovati leta 1983.

V reaktorju jedrske elektrarne Krško je 121 gorivnih elementov. To število ni enako v vseh jedrskih elektrarnah, odvisno je od moči reaktorja.

Jedrska elektrarna Krško lahko po zamenjavi uparjalnikov v letu 2000 deluje do leta 2023 (do konca svoje načrtovane življenjske dobe). Glede na odlično stanje sedanjih uparjalnikov in druge pomembne opreme, ki jo tudi sproti obnavljajo, pa vse kaže, da bo lahko obratovala tudi še 20 let po koncu svoje načrtovane življenjske dobe.

Velika večina energetskih reaktorjev uporablja kot gorivo obogaten uran, manjše število pa tudi naravni uran. V zadnjem času nekaj reaktorjev uporablja kot gorivo tudi plutonij, ki ga primešajo uranu.

Jedrski reaktorji so lahko namenjeni za proizvodnjo električne energije (delujejo kot elektrarne), za proizvodnjo medicinskih in industrijskih radioaktivnih izotopov, lahko pa so tudi namenjeni samo za fizikalne raziskave.

Pri raziskovalnem reaktorju takega tipa kot je TRIGA so glavni deli:

Sevanje reaktorja je najmočnejše, kadar je moč reaktorja največja. Tudi ob največji moči je možen dostop na ploščad reaktorja (ob vrh cisterne).
Reaktor TRIGA v okolje ob svojem delovanju ne sprošča radioaktivnih delcev.
Tudi njegovo sevanje je tako majhno, da ne predstavlja nikakršne nevarnosti za operaterje v komandni sobi ali za delavce v bližnjih laboratorijih in pisarnah.

Energetski reaktor takega tipa, kot je v Krškem, ima sledeče glavne dele:

Tudi reaktor jedrske elektrarne Krško ne sprošča v okolje nikakršnih radioaktivnih delcev, njegovo sevanje v okolje pa je zanemarljivo v primerjavi s sevanjem naravnega okolja.

Stikališče je električna naprava, ki omogoča, da električno energijo, pridobljeno v elektrarni, prenesemo na daljnovodno omrežje.
(glej tudi Turbina in generator, pdf, 197 KB)

Nuklearna elektrarna Krško upošteva predpis, po katerem Save ne sme segreti za več kot 3 stopinje. Za toliko se Sava segreje, kadar je njen pretok približno 100 kubičnih metrov na sekundo. Večinoma je pretok večji. V dosedanjih več kot 25 letih obratovanja se je izkazalo, da pri tej temperaturni razliki niso nastale škodljive posledice niti na živalstvu niti na rastlinstvu v reki Savi.
(glej tudi Turbina in generator, pdf, 197 KB)

Največ uranove rude nakopljejo v Avstraliji, Kanadi, Afriki in Kazahstanu.

Rudo že na lokaciji rudnika predelajo v uranov koncentrat, ki ga pošljejo v tovarne za obogatitev. Take tovarne so v npr. v ZDA, Franciji, Angliji in Rusiji. Iz obogatenega urana (ta vsebuje več cepljivega izotopa U-235, kot ga je v naravnem uranu) nato izdelajo gorivne elemente.

Gorivo v jedrskem reaktorju je obogaten uran. To pomeni, da vsebuje precej več (4 – 5 %) cepljivega izotopa uran-235, kot ga je v naravnem uranu (0,7 %). Iz obogatenega urana so izdelane gorivne tabletke (valjčki velikosti približno 1 cm), v katerih pa je uran v kemični obliki uranovega dioksida, ki je zelo odporen proti visokim temperaturam in kemičnim vplivom.

Tabletke so nepredušno zaprte v kovinsko cev, ki jo imenujemo gorivna palica. Iz gorivnih palic je sestavljen gorivni element (ta ima v jedrski elektrarni Krško 235 gorivnih palic). V reaktorju jedrske elektrarne Krško pa je skupno 121 gorivnih elementov. Ob menjavi goriva na vsakih 18 mesecev zamenjajo dobro tretjino izrabljenih gorivnih elementov s svežimi.

Moderator je del sredice reaktorja, ki je potreben za upočasnjevanje hitrih nevtronov, ki nastanejo ob cepitvi jedra urana. Nevtroni se upočasnjujejo ob trkih z lahkimi jedri. Dobri in tehnično uporabljivi moderatorji so težka voda (D₂O), navadna voda (H₂O) ter ogljik (običajno je v obliki grafita).

V reaktorju jedrske elektrarne Krško je približno 11 milijonov tabletk.

Jedrska elektrarna deluje podobno kot termoelektrarna, pri kateri pa toploto za uparjanje vode namesto iz zgorevanja premoga (oz. nafte ali plina) dobimo iz jedrskega reaktorja. Jedrska elektrarna ima dva glavna dela. “Jedrski” del elektrarne je izoliran sistem, podoben centralni kurjavi, v katerem kroži voda in prenaša toploto iz reaktorja v uparjalnika. To sta toplotna menjalnika – parna kotla, v katerih toplota reaktorske vode (primarne vode) greje in uparja sekundarno vodo. Para enako kot pri termoelektrarni poganja turbino z generatorjem. Izrabljena para se po izhodu iz turbine v kondenzatorju, ki ga hladi voda iz Save, vtekočini (kondenzira) ter s pomočjo črpalk teče spet v uparjalnika.

Odgovor je že bil obravnavan pri vprašanjih B032 in F059.

Jedrske elektrarne nimajo pogostejših tehničnih problemov kot druge vrste elektrarn. Moč jedrskih elektrarn je tipično zelo velika, tako da bi lahko rekli, da je teh problemov manj glede na enoto proizvedene energije.

Problem jedrskih elektrarn, ki ovira njihovo širšo uporabo (v svetu proizvedejo 16 % vse električne energije), pa je njihova slaba družbena sprejemljivost, ki izvira predvsem iz vojaške uporabe jedrske energije, deloma pa je posledica Černobilske nesreče.

V jedrskih elektrarnah je število zaposlenih primerljivo s številom zaposlenim v termoelektrarnah (v hidroelektrarnah je število zaposlenih mnogo manjše). Moč jedrskih elektrarn pa je običajno zelo velika, tako da bi lahko rekli, da je število zaposlenih glede na enoto moči ali pa na enoto proizvedene energije res manjše.

Jedrska elektrarna je taka vrsta elektrarne, ki uporablja kot vir energije jedrsko energijo. Dandanes so to izključno elektrarne, ki imajo kot vir energije jedrski reaktor, v katerem poteka cepitev urana ali/in plutonija. V prihodnosti (kdaj, je težko napovedati) se jim bodo pridružile tudi elektrarne, kjer bo vir energije zlivanje lahkih jeder v fuzijskem reaktorju.

Uran je kemični element, ki ga v naravi sestavljata dva izotopa (dve različici z istimi kemičnimi lastnostmi): uran-235 (v naravi ga je 0,7 %) in uran-238 (99,3 %). Jedro urana-235 je s pomočjo nevtronov možno cepiti v lažji jedri (ta proces poteka v reaktorju), ob tem pa se sprosti zelo velika količina energije, ki jo v jedrski elektrarni uporabimo za pretvorbo v elektriko.

V jedrskem reaktorju poteka cepitev urana 235, dokler traja verižna reakcija (dokler reaktor deluje). To pomeni, da nevtroni, ki nastanejo ob cepitvi uranovega jedra, prožijo cepitev nadaljnjih jeder urana 235. Ko ni več nevtronov, ni več cepitev. Reaktorji v jedrskih elektrarnah običajno delujejo neprekinjeno daljša obdobja (12 do 18 mesecev) na polni moči.

TRIGA je zelo uspešen tip raziskovalnega reaktorja, ime samo pa je kratica:

T = Training (šolanje),

R = Research (raziskave),

I = Isotope production (proizvodnja izotopov),

GA = General Atomics (ime izdelovalca tega tipa reaktorja v ZDA).

Tak reaktor od leta 1966 deluje na Reaktorskem centru na Brinju v okviru Instituta Jožef Stefan
(glej tudi Raziskovalni reaktor TRIGA, pdf, 252 KB in Zasnova reaktorja TRIGA, pdf, 544 KB)

Površina (prostor znotraj ograje), ki jo zavzema NEK, je okrog 10 hektarov.

Tipična termoelektrarna enake moči bi potrebovala bistveno več prostora, ker bi imela še deponije premoga in pepela.

Razlogi, da je NEK v Krškem, so:

Jedrska elektrarna Krško je projektirana za izjemno močan potres. Vse pomembne zgradbe in naprave lahko vzdržijo potresne sunke, ki bi povzročili 30 % pospeška zemeljske težnosti v vodoravni smeri. Enostavneje rečeno to pomeni, da bi zgradbe lahko vzdržale dinamične (spremenljive) sile v vodoravni smeri, ki bi znašale 30 % njihove lastne teže. Projektiranje za tako močne potresne sunke v Sloveniji ni običajno in je posledica tega, da so imeli že podatki, ki so bili projektantu v Ameriki poslani iz Slovenije, izredno veliko varnostno rezervo. Ameriška projektantska firma je to rezervo še povečala, tako je je bil končni projektni horizontalni pospešek 0,3 g (30 % pospeška zemeljske težnosti).

Za primerjavo naj navedemo, da so bili v rušilnem potresu, ki je 17. januarja 1995 opustošil mesti Kobe in Osaka na Japonskem, horizontalni pospeški v veliki večini manjši od 0,3 g. Magnituda potresa po Richterju (to je lestvica, ki označuje sproščeno energijo) je bila 7.2, potres pa je bil dokaj plitvo pod površjem in je bil zato njegov učinek na površju zelo močan. Dve najbližji jedrski elektrarni, oddaljeni okrog 100 km od nadžarišča potresa, sta med potresom normalno obratovali in nista utrpeli nikakršne škode.

“Ljubljanski potres” leta 1895 je imel magnitudo 6,1, najmočnejši v bližini Krškega pa je bil potres v Brežicah leta 1917 z magnitudo 5,7. Vedeti moramo, da povečanje magnitude za 1 po Richterjevi lestvici pomeni povečanje potresne energeije za faktor 30. Jedrska elektrarna Krško v primeru močnega potresa ne bi bila nevarno poškodovana, zelo verjetno bi ga preživela brez posledic. Zanesljivo pa bi njeno obratovanje takoj zaustavili operaterji v komandni sobi, kjer je tudi seizmograf, katerega podatke morajo v obratovalnih procedurah upoštevati podobno kot podatke drugih naprav.

Odgovor se nanaša na energetske reaktorje.

Sedanje jedrske elektrarne v svetu uporabljajo pet tipov jedrskih reaktorjev, katerim je skupno, da poteka cepitev uranovih jeder v verižni reakciji s pomočjo počasnih nevtronov.

Ob cepitvi jedra urana-235 se sprosti nekaj nevtronov, ki so prehitri, da bi lahko cepili nadaljnja jedra urana in tako vzdrževali verižno reakcijo. To se sliši čudno, vendar se moramo zavedati, da se jedro urana ne cepi zato, ker bi ga zadel nevtron z veliko hitrostjo. Cepi se, ker jedro ob absorbciji (ujetju) nevtrona postane nestabilno. Jedro pa težko ujame nevtron, ki ima veliko hitrost. Hitrost nevtronov je potrebno zmanjšati. Zmanjšamo jo tako, da hitri nevtroni trčijo z lahkimi jedri, ob čemer izgubijo velik del svoje energije. Najprimernejša lahka jedra so jedra vodika, težkega vodika (devterija) in čistega ogljika. Jedra vodika so v atomih vodika, ki je sestavina navadne vode, jedra devterija pa so v težki vodi. Čisti ogljik uporabljamo v obliki grafita. Vsem tem snovem pravimo moderator.

Največ reaktorjev v svetu uporablja kot moderator navadno vodo in jim pravimo vodni reaktorji. V tej skupini so najenostavnejši vrelni reaktorji, ki imajo v sredici kot moderator navadno vodo, ki ima obenem tudi vlogo prejemnika toplote in pogonskega sredstva turbine.
(glej tudi Vrste jedrskih elektrarn I., pdf, 319 KB in Vrste jedrskih elektrarn II., pdf, 351 KB)

Para, ki nastane ob vrenju vode v reaktorju, neposredno poganja parno turbino. Lahko si predstavljamo, da je reaktor parni kotel.

Največ jedrskih elektrarn v svetu (približno dve tretjini) pa ima tlačnovodne reaktorje. Voda, ki se pretaka skozi tak reaktor, je istočasno moderator in sredstvo za prenos toplote. Voda v reaktorju namreč zaradi visokega tlaka ne vre, temveč le prenaša toploto v toplotni menjalnik, ki mu pravimo uparjalnik. V bistvu je uparjalnik parni kotel, ki ga greje hladilna voda reaktorja (primarna voda). V uparjalniku se uparja sekundarna voda, ki potem poganja turbino.
(glej tudi Od jedrske elektrarne do elektrike, pdf, 266 KB)

Obe gornji skupini reaktorjev potrebujeta zaradi fizikalnih lastnosti moderatorja (navadne vode) obogaten uran, t.j. mešanico približno 4 % urana-235 in 96 % urana-238.

V svetu je tudi nekaj deset elektrarn s težkovodnim reaktorjem, ki je v bistvu tlačnovodni reaktor, v katerem je namesto navadne vode težka voda (D₂O – spojina težkega vodika in kisika). Ta reaktor lahko kot gorivo uporablja tudi naravni uran.

Naravni uran lahko kot gorivo uporabljajo tudi reaktorji, ki imajo za moderator grafit (čisti ogljik).

V bivši Sovjetski zvezi so razvili in gradili jedrski reaktor, ki ga moderira grafit, hladi pa navadna voda, ki vre kar v reaktorju. Je torej vrsta vrelnega reaktorja. Ta reaktor je v svoji prvotni različici uporabljal naravni uran. Znan je postal predvsem po nesreči v Černobilu, ki se je zgodila v veliki meri zaradi posebnih fizikalnih lastnostih tega tipa reaktorja.

V Veliki Britaniji so že pred 40 leti začeli obratovati reaktorji, moderirani z grafitom in hlajeni s plinom (ogljikovim dioksidom). Plin, ki se ogreje v reaktorju, uparja v uparjalniku vodo za pogon turbine.

V razvoju je nova različica plinsko hlajenih reaktorjev, ki bodo hlajeni s helijem, ta pa bo poganjal plinsko turbino brez vmesnega uparjalnika. Velika večina reaktorjev, ki bodo grajeni v bližnji prihodnosti bodo zelo podobni sedanjim, le da bodo imeli zelo izboljšanje varnostne lastnosti.

V Jedrski elektrarni Krško ni bilo nikoli nobene nesreče ali dogodka, ob katerem bi prišlo do sproščanja radioaktivnih snovi v okolje.

Uran je edini element v naravi, s katerim je mogoče na razmeroma enostaven način doseči in vzdrževati verižno reakcijo, v kateri se cepijo jedra urana-235, ob tem pa se sproščajo velike količine energije.

Naravni uran sestavljata izotopa uran-235, katerega delež je približno 0,7 % in uran-238, katerega delež je 99,3 %. Cepljiv, kar pomeni, da je uporaben kot jedrsko gorivo, je samo uran-235. Nekateri jedrski reaktorji lahko delujejo na naravni uran, velika večina reaktorjev za jedrske elektrarne pa deluje na obogaten uran, v katerem je delež urana-235 približno 4 %.

Jedrska elektrarna Krško (NEK) ima tlačnovodni reaktor, kar je najpogostejši tip reaktorja na svetu. Značilnost tega tipa je, da sta hladilo in moderator ista voda, ki je v reaktorju pod tako visokim tlakom, da ne vre. Naloga hladila je, da toploto prenaša z goriva v uparjalnike, ki so del ločenega sekundarnega sistema (to so v bistvu parni kotli, ki dobavljajo paro za pogon turbine z generatorjem). Naloga moderatorja je, da upočasnjuje

(moderira) hitre nevtrone, ki nastanejo pri cepitvi urana-235. Počasni nevtroni nato povzročajo nadaljnje cepitve jeder urana-235, tako da lahko poteka verižna reakcija.

Soroden tip je elektrarna z vrelnim reaktorjem, kjer sta hladilo in moderator voda, ki v reaktorju vre. Nastala para neposredno poganja parno turbino z generatorjem.
(glej tudi Shema jedrske elektrarne Krško, pdf, 190 KB)

Stroški za gradnjo jedrske elektrarne Krško so bili ob upoštevanju obresti za kredite blizu ene milijarde dolarjev. Prava vrednost jedrske elektrarne Krško pa je v veliki količini energije, ki jo lahko proizvede do konca svoje življenjske dobe ob razmeroma majhnih stroških. Vrednost dnevne proizvodnje električne energije je približno pol milijona eurov, kar pomeni približno 200 milijonov eurov na leto (kar je tudi približno 200 milijonov US dolarjev). Od sedaj do konca njene projektne življenjske dobe leta 2023 je proizvedena energija vredna približno 4 milijarde eurov.

Jedrska elektrarna Krško ima za Slovenijo veliko vrednost tudi zaradi dejstva, da proizvede dobrih 20 % vse električne energije, ki jo porabimo v Sloveniji – približno toliko, kot vse hidroelektrarne skupaj.

V jedrskem reaktorju poteka cepitev uranovih jeder. Ob tem nastajajo razcepni produkti, ki so radioaktivni izotopi, kar pomeni, da radioaktivno razpadajo. Nekateri hitro (kratkoživi), drugi pa počasneje (dolgoživi). Slednji imajo razpolovne dobe celo tisočletja, tako da jih je potrebno varno odložiti za zelo dolga obdobja.

Med temi izotopi so nekateri tudi nevarni, kot je npr. jod-131, ki pa je na srečo kratkoživ z razpolovno dobo 8 dni.

Največja prednost jedrskih elektrarn je, da proizvajajo velike količine električne energije po nizki ceni, ob tem pa v ozračje ne izpuščajo ogljikovega dioksida ali drugih toplogrednih plinov, ki povzročajo globalno ogrevanje. Slaba stran so radioaktivni odpadki. Količina je v primerjavi s proizvedeno energijo izredno majhna, vendar v večih državah javnost zaradi njih zavrača jedrsko energijo.
(glej tudi Energija, pdf, 224 KB in Učinek tople grede, pdf, 642 KB)

Za primere vseh nenormalnih situacij (stanj) v jedrski elektrarni (ni nujno, da so to že nesreče) obstajajo vnaprej pripravljeni postopki ukrepanja. Ti postopki so oblikovani tako, da jih lahko začnejo izvajati, čeprav še ni ugotovljen vzrok dogodka. Za jedrsko varnost elektrarne morajo biti izpolnjeni v vseh stanjih izpolnjeni določeni pogoji. Najpomembnejši so: reaktor mora ostati podkritičen, zagotovljeno mora biti njegovo hlajenje, preprečevati je potrebno sproščanje radioaktvnih  snovi.
(glej tudi Varnostni sistemi, pdf, 314 KB)

Imenska (nominalna) moč Jedrske elektrarne Krško je 676 MWe (“e” za MW pomeni, da je to električna moč), moč jedrskega reaktorja pa je približno 3x večja. Jedrska elektrarna Krško je po moči v svetu že med manjšimi. Večinoma imajo moč okrog 1000 MWe, novejše sedanje tudi 1400 MWe.
(glej tudi Jedrska elektrarna Krško, pdf, 344 KB)

V jedrski elektrarni Krško je zaposlenih 615 ljudi. (podatek za april 2013)
(osveženi podatki na spletni strani NEK)

Cepitev jedra urana 235 se začne z absorbcijo nevtrona. Novo nastalo jedro urana 236 je zaradi porušenega ravnotežja sil znotraj jedra v vzbujenem stanju. Lahko si ga predstavljamo kot kapljico, ki močno valovi, na koncu pa se razleti v dve jedri. Ta dogodek imenujemo cepitev jedra, pri čemer se sprosti veliko energije. Ob tem se sprosti tudi nekaj nevtronov, ki lahko cepijo nadaljnja jedra urana 235, kar imenujemo verižna reakcija.
(glej tudi Jedrska cepitev, pdf, 365 KB in Jedrska verižna reakcija, pdf, 490 KB)

Jedrska elektrarna vpliva na okolje med normalnim obratovanjem na dva načina:

(glej tudi Jedrska elektrarna Krško in okolje, pdf, 215 KB)

Westinghouse (ZDA), ki je tudi dobavitelj same elektrarne.

Zgodovina Nuklearne elektrarne Krško:

Izrabljeni gorivni elementi (včasih imenovani tudi izrabljeno jedrsko gorivo ali visoko radioaktivni odpadki) so shranjeni v bazenu za izrabljeno gorivo. V bazenu so stojala iz nerjavnega jekla, v katera so vloženi izrabljeni gorivni elementi. Med stojali so nameščene plošče iz zlitine nerjavnega jekla in bora (približno 2 %), v vodi v bazenu pa je raztopljena borova kislina (približno 2500 ppm bora). Bor je zelo močan absorber nevtronov in zagotavlja, da v bazenu ni mogoč pojav kritičnosti. Nerjavna stojala in plošče iz boriranega nerjavnega jekla imajo praktično neomejeno življenjsko dobo (bistveno daljšo od življenjske dobe elektrarne).

(glej tudi Remont v jedrski elektrarni Krško, pdf, 435 KB in Ravnanje z visoko radioaktivnimi odpadki, pdf, 301 KB)

Jedrski reaktor v Krškem spada med tlačnovodne reaktorje, ki so v svetu najpogostejši (ima ga več kot polovica od 441 jedrskih elektrarn v svetu). Ime reaktorja pomeni, da ga hladi voda, ki je pod tako visokim tlakom, da v reaktorju ne zavre. Voda ima poleg hlajenja istočasno še vlogo moderatorja, to je snovi, ki je potrebna za upočasnjevanje (moderiranje) nevtronov. Verižno reakcijo, ki poteka v reaktorju (cepitev jeder urana 235, ob kateri se sprostijo nevtroni, ki spet cepijo nova jedra urana 235) lahko namreč vzdržujejo le počasni nevtroni. Nevtroni, ki se sprostijo ob cepitvi, so zelo hitri (imajo visoko energijo), upočasnijo pa se s trki ob jedra vodikovih atomov (protone) v vodi. Reaktor je del zaprtega sistema, ki je podoben centralni kurjavi. Skozi reaktor (peč centralne kurjave) kroži voda, ki prenaša toploto v toplotna menjalnika (uparjalnika), ohlajena voda pa se vrača v reaktor.

(glej tudi vprašanje B074 – Kako deluje jedrska elektrarna Krško? in Shema jedrske elektrarne Krško, pdf, 1MB)

Zadrževalni hram je kupolasta zgradba, v kateri je celoten “jedrski” del jedrske elektrarne. V bistvu sta to dve kupolasti zgradbi – “lupini”, ena znotraj druge. Notranja lupina je zvarjena iz jeklenih plošč debeline skoraj 4 cm, visoka okrog 70 m in ima premer okrog 40 m. Namen notranje lupine je, da brez puščanja vzdrži povišanje tlaka znotraj lupine zaradi morebitne poškodbe na jedrskem delu elektrarne. Tesnost te lupine občasno preverjajo tako, da v njej s kompresorji povečajo tlak zraka in merijo, če pušča. Zunanja lupina je izdelana iz železo-betona debeline okrog 0,75 m. To pomeni, da so v betonu zalite gosto razporejene jeklene palice, ki dajejo konstrukciji izredno trdnost. Namen betonske lupine je, da ščiti notranjo, jekleno lupino pred vremenskimi vplivi in zunanjimi dogodki. Prostor med obema lupinama je mogoče med nesrečo vzdrževati na tlaku, ki je nižji od atmosferskega. S tem bi preprečili sproščanje radioaktivnih snovi, ki bi jih morebiti prepuščala jeklena lupina, v okolje.

(glej tudi vprašanje  B075 – Kaj so pregrade v jedrski elektrarni? in Shema jedrske elektrarne Krško, pdf, 190 KB)

Jedrska elektrarna Krško je po svojem načinu delovanja podobna termoelektrarni, pri kateri pa toploto za uparjanje vode namesto iz zgorevanja premoga (oz. nafte ali plina) dobimo iz jedrskega reaktorja. V bistvu sestavljata jedrsko elektrarno dva glavna dela. “Jedrski” del elektrarne je izoliran sistem, podoben centralni kurjavi, v katerem kroži voda in prenaša toploto iz reaktorja v uparjalnika. To sta toplotna menjalnika, v katerih toplota reaktorske vode (primarne vode) greje in uparja sekundarno vodo. Uparjalnika sta torej parna kotla, ki dajeta paro za delovanje “klasičnega” dela elektrarne. Ta je enak kot pri termoelektrarni: para poganja turbino z generatorjem, izrabljena para se po izhodu iz turbine v kondenzatorju, ki ga hladi voda iz Save, vtekočini (kondenzira) ter s pomočjo črpalk teče spet v uparjalnika.

(glej tudi Shema jedrske elektrarne Krško, pdf, 1MB)

S pregradami (običajno navajamo 3) mislimo na fizične pregrade, ki bi jih morale radioaktivne snovi po vrsti “premagati”, da bi iz jedrskega goriva prodrle v okolje:

1. Srajčke gorivnih elementov so cevke iz zelo odporne kovine (zlitine cirkonija), v katerih so neprodušno zavarjene tabletke jedrskega goriva (obogatenega urana v obliki uranovega dioksida).
2. Hladilni sistem reaktorja je izoliran in nadzorovan sistem (v celoti izdelan iz nerjavnega jekla), v katerem kroži hladilna voda pod tlakom.
3. Zadrževalni hram je neprodušna zgradba okrog celega jedrskega dela elektrarne, ki ostane tesna tudi ob morebitni poškodbi na jedrskem delu elektrarne.

(glej tudi Jedrska varnost, pdf, 254 KB)

V černobilskem reaktorju se je zaradi posebnosti njegove zasnove lahko nenadzorovano povečala moč. Jedrske elektrarna v Krškem ima drugačen tip reaktorja, zato podobna nesreča ni mogoča. Poleg tega elektrarna v Černobilu ni imela zadrževalnega hrama, ki v primeru nesreče preprečuje uhajanje radioaktivnih snovi v okolje.
več o Jedrski nesreči v Černobilu
(glej tudi Černobil, pdf, 235 KB)

PWR je kratica za tlačnovodni reaktor, BWR pa za vrelni reaktor.

To pomeni, da v tlačnovodnem reaktorju primarna voda, ki je sredstvo za prenos toplote, ne vre, temveč le prenaša toploto v uparjalnik (“parni kotel”), v katerem se sekundarna voda uparja, para pa poganja turbino. Primarna in sekundarna voda sta popolnoma ločeni.

V vrelnem reaktorju voda vre ter v njem nastaja para, ki poganja turbino.

Prednost tlačnovodnega reaktorja je ločenost primarnega (radioaktivnega) sistema od sistema turbine. Prednost vrelnega reaktorja je enostavnost – potrebnih je manj dragih delov naprave.

V bivši Sovjetski zvezi so gradili predvsem dva tipa jedrskih elektrarn.

Njihovi tlačnovodni reaktorji, poimenovani VVER, ki so jih zgradili največ in izvažali tudi v takratne države Vzhodnega bloka, so po svojih fizikalnih zasnovah enaki tlačnovodnim reaktorjem, ki so jih razvili Američani (tudi Jedrska elektrarna Krško je tega tipa). S temi reaktorji ni bilo varnostnih problemov. Černobilski tip reaktorjev pa je fizikalno zasnovan bistveno drugače zato, da je lahko prvotno obratoval na gorivo iz neobogatenega urana (kasneje, v času černobilske nesreče, so ti reaktorji obratovalni na nizko obogaten uran). Iz teh fizikalnih zasnov pa je izvirala lastnost reaktorja, da se je v nekaterih okoliščinah lahko neobvladljivo povečala njegova moč, kar je privedlo do černobilske nesreče. Po nesreči so povečali obogatitev goriva in odpravili to veliko pomanjkljivost projekta. Poleg fizikalnih razlik pa obstajajo tudi velike razlike v izvedbi varnostnih sistemov.

Černobilski tip reaktorja npr. nima zadrževalnega hrama – posebne zelo odporne zgradbe, v kateri je nameščen jedrski del elektrarne in preprečuje sproščanje radioaktivnih snovi v okolje.

Parna turbina je kolo z lopaticami, na katere pihajo zelo hitri curki pare, ki vrtijo kolo. Ti curki nastanejo v odprtini posebne oblike, ki ji pravimo šoba, v kateri se energija pare spreminja v hitrostno energijo – nastane curek pare. Parna turbina je po načinu delovanja podobna vodni turbini.

Para teče iz uparjalnika v parno turbino, kjer se razpenja, opravlja delo in vrti turbino, ki poganja generator.

V reaktorju jedrske elektrarne Krško je 121 gorivnih elementov. Pri jedrski elektrarni z večjo močjo je to število večje.

Voda hladi gorivo in prenaša toploto, ki je potrebna za uparjanje vode, ki poganja turbine.

Zadrževalni hram ob morebitni poškodbi reaktorskega sistema zadrži radioaktivne snovi pred pobegom v okolje.

Generator jedrske elektrarne poganja parna turbina.

Glavna prednost jedrske elektrarne je, da ob njenem delovanju ne nastaja ogljikov dioksid, ki je glavni povzročitelj učinka tople grede oz. klimatskih sprememb.

V Sloveniji imamo samo eno jedrsko elektrarno – Jedrsko elektrarno Krško, ki proizvede približno 40% vse električne energije.

Vsaka jedrska elektrarna je zelo kompleksna naprava, v kateri imajo veliko vlogo tudi ljudje, podobno kot v nekaterih drugih kompleksnih napravah (npr. letalih). Jedrska elektrarna je projektirana in zgrajena tako, da razni dogodki, ki jih je mogoče vsaj približno predvideti (okvare opreme, zunanji dogodki, npr. potresi) sami ne povzročijo nesreče. Kot nesrečo smatramo zelo resen dogodek, ki je vplival na zdravje in življenje ljudi v elektrarni in celo izven nje. Analiza nesreč v kompleksnih napravah praviloma pokaže, da gre za kombinacijo večih dogodkov, med katerimi je vedno tudi človeških faktor, ki ga tu razumemo kot vpliv človekovega (npr. operaterja elektrarne ali pilota) ravnanja med razvojem oz. potekom nesreče. V jedrskih elektrarnah sveta so se zgodile tri nesreče (nesreča na Otoku treh milj v ZDA l. 1979, Černobilska nesreča l. 1986 in nesreča v Fukušimi l. 2011. Pri vseh je šlo za kombinacijo, pri kateri je sodeloval tudi človeški faktor.

Podjetje GEN energija, ki je lastnik polovice jedrske elektrarne Krško, ima kot dolgoročni strateški cilj gradnjo nove jedrske elektrarne ob sedanji elektrarni.

Jedrska elektrarna ne prispeva k globalnemu ogrevanju ozračja, ker ob njenem delovanju ne nastaja ogljikov dioksid. V bistvu s svojim delovanjem zmanjšuje globalno ogrevanje, saj lahko nadomešča električno energijo, ki jo termoelektrarne proizvajajo iz premoga, nafte ali plina.

Jedrska elektrarna je po načinu delovanja termoelektrarna. Uparjalnik ima vlogo parnega kotla, ki daje paro za pogon parne turbine.