АЭС қандай ишлайди?

Marvel Studios суратга олган “Темир одам” филмида бош қаҳрамон Тони Старкнинг кўксидаги митти атом реактори унга туганмас қувват беришини кўрган бўлсангиз керак. Ушбу фантастик филм мантиғига кўра, бу митти атом электр станциясида ядровий реакция бевосита электр энергияси беради.

Кўпчилик атом электр станцияларининг (АЭС) ишлаш тамойилини ҳам шундай деб ўйлайди. Аслида эса АЭСларда бошқачароқ, айтиш мумкинки, анчайин соддароқ тарзда электр қуввати ишлаб чиқарилади.

Митти зарралардан иборат олам

Биз ҳам, бизни ўраб турган моддий олам ҳам кўзга кўринмас митти зарралар – атомлардан ташкил топган. Турли оғирлик ва хусусиятга эга атомлар худди LEGO ўйинчоғи доналари ёки ғиштлар каби турлича комбинацияларда бирлашиб, ҳар хил молекулалар, улар эса органик ва анорганик дунёни ташкил этади.

Атом ҳам бу оламда энг кичкина зарра эмас. Атом – марказдаги (протон ва нейтронлардан иборат) ядроси ва унинг атрофида айланадиган электронлардан иборат. Қуйидаги суратда шартли равишда электронлар қизил, протон – кўк, нейтронлар – яшил рангда кўрсатилган.

Лекин бу схематик кўриниш. Аслида эса электронлар атом атрофида, маълум масофада шунчалик тез айланадики, улар бир вақтнинг ўзида шартли “қобиқ”нинг ҳамма жойида бўла олади. Айтайлик, битта электронли атомнинг қобиғининг ҳар қандай жойига шартли ўта ингичка игна тиқиб кўрсангиз, у ҳамма жойда ва доимо электронга дуч келади. Шу боис атом аслида ўта кучли ва электрон микроскопда – марказида митти нуқтаси бор шар булут тарзида кўринади:

Масалан, кислород атомлари мана бундай тарзда жамланиб, кислород молекулаларини ҳосил қилади:

Атом ядросининг таркиби (протон ва нейтронлар сони) ва оғирлиги шу атомнинг қандай моддалигини белгилаб беради. Табиийки, агар протонлар кам бўлса – енгил модда, кўп бўлса – оғир ва қаттиқ модда бўлади. Масалан, атом ядросида 1 та протон бўлса, у водород атоми ва газ, агар 26 та протон бўлса, темир атоми бўлади.

Атом ядроси атрофида айланувчи электронлар сонининг ўзгариши атомнинг кимёвий хусусиятини ўзгартирмайди. Бироқ янги электрон қўшилса, атом манфий зарядланади ва манфий ион – анион ҳосил бўлади. Электрон йўқотилса, мусбат ион – катион ҳосил бўлади.

Электр токи қандай пайдо бўлади?

Ток ўтказадиган мис ва алюминий каби металларнинг атомларидаги “зарурий электронлар”дан ташқарида “электрон булут” – эркин, яъни валент электронлар мавжуд. Уларнинг “сайр қилиб юриши” атом хусусиятини ўзгартирмайди.

Мазкур эркин электронларнинг бир йўналишда оқиши – электр токини келтириб чиқаради. Электр станциясида генератор ғалтакдаги электронларни симларга “ҳайдайди”, улар эса ўз навбатида симдаги атом электронларини суради, сурилган электронлар эса ўз навбатида ёнидаги атомларнинг электронларини “сиқиб чиқариб”, ўрнини эгаллайди ва ҳоказо. Охир-оқибат бу электронлар оқими уйингизгача етиб келади ва чироқларни ёқиб, турли аппаратуралар ишлашини таъминлайди.

Бу худди тўйда бир қатор турган йигитларнинг (атомлар) қимирламай ошли лаганларни бир-бирига қўлма-қўл қилиб меҳмонларга узатишига ўхшайди. Ҳеч бир (атом) йигит ошсиз қолмайди. Унинг қўлига лаган (электрон) узатсангиз, у қўлидаги ошни ёнидаги йигитга узатганидан сўнггина сиз узатган лаганни олади ва ҳоказо. Бироқ бу жараён бошланиши учун генератор, яъни ош пиширилган катта қозон бўлиши лозим. Қозон бошидаги ошпаз ошли лаган узатишни тўхтатгани заҳоти, меҳмонларга ош етиб келиши ҳам ўша заҳоти тўхтайди.

Электр токи қандай олинади?

Электр токи турли манбалар ва турлича усулларда олинади.

Энг кўп тарқалган 2 тури – қайта тикланувчи ва қайта тикланмайдиган манбалар орқали электр олиш усуллари мавжуд.

Биринчи усулда қуёш батареяларидаги (панелларидаги) кремний фотоэлементлар қуёш нуридаги фотонларни электр токига айлантиради.

Шамол ва оқар сув энергияси эса аввал механик энергияга, кейин эса генератор орқали электр энергиясига айлантирилади. Бу жараёнларни қуёш панеллари, шамол парракли генераторлари ва гидроэлектр станцияларида (ГЭС) кузатиш мумкин.

Иккинчи усулда газ, нефт ва уларнинг ҳосила моддаларини ёқиб, ҳосил бўлган иссиқлик энергияси ёрдамида сув қайнатилади ва ҳосил бўлган кучли бу оқими парракларни айлантиради. Парракларга боғланган генераторлар эса ток ишлаб чиқаради. Бу жараён иссиқлик электр станцияларида (ИЭС) амалга оширилади.

Атомдан энергия қандай ажралиб чиқади?

Атом ядроси – табиатдаги энг кучли тузилмалардан бири. Уран-235 каби оғир элементлар ядроси нейтрон билан тўқнашганда ёрилади ва катта миқдорда иссиқлик ва қисман ёруғлик энергияси ажралиб чиқади.

Бу жараён "занжирли реакция" деб аталади: ҳар бир ёрилган ядро ёнидаги атомлар ядросини ҳам “қўзғатиб”, яна нейтронлар чиқаради ва бошқа ядроларни ёрилишга мажбур қилади.

Мазкур жараённи билярд шарлари мисолида кўрсак, тасаввур қилинг, битта шарни туртсангиз, у бошқа шарга урилади ва бир парчасини учириб юборади, бу эса шарнинг қизиб кетишига сабаб бўлади. Учган парча эса бошқа бутун шарга урилиб, ундан ҳам парча узиб чиқаради ва ҳоказо. Бу занжир тарзида давом этади.

Бу занжирли жараён бир неча юз йил давом этиши мумкин. Афсуски, атомлардан мунтазам отилиб чиқаётган зарралар тирик мавжудотларнинг ҳам атомларини қўзғатади ва жонли танадаги атомлар энди зарралар отиб, атрофидаги атомларни қўзғата бошлайди. Бу атомларнинг кимёвий ва физик хоссалари ўзгаради. Уўбу жараён радиация деб аталади. Табиатан шундай хусусиятга эга моддалар эса радиоактив моддалар, дейилади.

Радиоактивга айланган атомлардан ҳосил бўлган молекула, ҳужайра ва тўқималар эса ёки ўз вазифасини бажара олмай қолади, ёки ўлади. Турли бузилишлар ва мутациялар кўпаяди. Айрим ҳужайраларнинг ривожланиш дастури ва вазифаси бузилиб, жуда тез ўсиб, саратонга айланиши мумкин. Болалар туғилса, ногирон бўлиб туғилиши мумкин. Хуллас, радиация саломатликка путур етказиб, ўлимга ҳам олиб келиши мумкин.

Атом энергиясининг электр энергиясига айланиши

Атомда ўта катта қувват яширин, бироқ уни бевосита ишлатиб бўлмайди. Масалан, баландликдан тушаётган сув катта кучга эга, бироқ унинг кучидан буғдойни янчиб ун қилиш ёки телевизорни ишга тушириш учун фойдалана олмаймиз. Уни аввал биз назорат қила оладиган ва фойдалана оладиган қувватга айлантиришимиз лозим. Масалан, сув оқими йўлига паррак қўйсак, у айланади ва тегирмон ёки мойжувоз тошини айлантириб, фойда беради. Ёки бу парракка генератор уласак, у элеткр энергиясини яратиб беради.

Атомлардаги куч ҳам шунга ўхшайди. Атомлар ёрилса, яъни бўлинса, улардан катта миқдорда иссиқлик ажралиб чиқади. АЭСда бу жараён назорат остида, ядровий реакторда юз беради.

Ядровий реактор – бу атом ёрилишини бошқарадиган ва ундан энергия ажратиб оладиган қурилма. Буни инсон танасидаги юракка қиёслаш мумкин. У ҳар доим "қизиб туради", лекин қаттиқ назорат остида. Реактор ичида ёқилғи қувурларилари (уран ёки плутоний) жойлашган. Уларни "нейтрон модераторлари" (масалан, сув, графит) сустлаштиради ва реакцияни назоратда ушлайди.

Бу иссиқлик эса сувни қайнатади. Қайнаган сувдан кўтарилаётган буғ парракларни – турбиналарни айлантиради. Турбиналар электр генераторларни айлантириб, электронлар оқими, яъни электр токини ҳосил қилади!

Содда қилиб айтганда, АЭС бу – ИЭСнинг ўзгинаси! Фақат иссиқлик ҳосил қилишда ўтин, мазут, кўмир, газ ва нефт ўрнига атомлар парчаланишидан ҳосил бўлган иссиқликдан фойдаланилади.

АЭСнинг ИЭСдан фарқлари

АЭСнинг ИЭСдан фарқли жиҳати – атом реакторларида совитиш тизими мавжуд бўлиб, реактор ва турбинадан чиққан иссиқликни совитиш учун катта сув оқими керак. Акс ҳолда ўта катта иссиқлик реакторнинг ўзини ёндириб-эритиб юбориши ва ҳатто портлаб, атом бомбаси каби фалокатга ҳам олиб келиши мумкин. Шу боис, АЭСлар катта сув ҳавзалари яқинида қурилади.

Бироқ, нефт, газ ёки кўмир каби ресурслардан фарқли ўлароқ, атом энергиясидан фойдаланиш жараёнида атмосферага СО₂ чиқармайди, яъни экологик жиҳатдан тоза манба ҳисобланади. Масалан, 1 ГВт қувватдаги АЭС йилига 6-7 миллион тонна СО₂ ҳавога чиқарилишининг олдини олади.

Атом энергиясининг самарадорлигини тасаввур қилиши учун бир факт: 1 грамм Уран-235 ёрилиши натижасида тахминан 24 МВт-соат энергия ажралади – бу бир оила учун бир йиллик электр эҳтиёжини қоплашга етарли. Шу боис, жаҳон бўйлаб минглаб мегават электр энергияси айнан АЭС орқали олинади. Бугунги кунда дунёда 30 дан ортиқ мамлакатда 440 та фаол атом электр станцияси мавжуд. Масалан, Франция электр энергиясининг тахминан 70%ини АЭС орқали олади. 2023 йилда дунёда АЭСлар 2,500 ТВт-соатдан ортиқ электр энергияси ишлаб чиқарган.

Хавфсизлик – атомнинг "қалқони"

АЭСда хавфсизлик биринчи ўринда. Реактор махсус бетон ва пўлатдан иборат “тобут” (саркофаг) ичида бўлади. Ҳар қандай авария ёки иссиқлик ортса, автоматик равишда реакция тўхтайди. Совитиш тизимлари, авариявий ёпиш клапанлари ва инсон омилини назорат қилувчи датчиклар тизими ҳар доим фаол ҳолда.

Тинч атом ва унинг масъулияти

Атом энергияси – бу шунчаки техника эмас. У жамият, сиёсат, этика ва табиат билан боғлиқ. АЭС ишлаётган ҳар бир сонияда миллионлаб ваттлар энергияси берилади, лекин шу билан бирга катта назорат ва масъулиятни талаб қилади. Уран ядроси ёки инсон қўлидаги "калит" – бу келажакнинг рамзи.

АЭС атмосферага деярли ҳеч қандай углерод чиқармайди, бу эса глобал иқлим ўзгаришига қарши курашда муҳим. Шовқинсиз, чангсиз ва қуёш ёки шамолсиз ҳам ишлайдиган станция – бу келажакнинг реал алтернативи. Ядровий чиқиндилар муаммоси бор, лекин бу ҳам аста секин технологик ечим топаётган масала.

Жарроҳ ҳам, қотил ҳам пичоқдан фойдаланади, аммо...

Атом энергияси худди оловга ўхшайди. Унинг қувватидан нур ва ҳаёт манбаи сифатида ҳам, ёнғин ва ҳалокат олиб келувчи куч сифатида ҳам фойдаланиш мумкин. АЭС – бу фан, муҳандислик ва инсоний масъулиятнинг мукаммал уйғунлигидир. У ҳақда кўпроқ билиш, уни тўғри тушуниш ва назорат қилиш – биз учун вазифа, фарзандларимиз учун эса кафолат ҳисобланади.

Абулфайз Сайидасқаров