AES qanday ishlaydi?

Marvel Studios suratga olgan “Temir odam” filmida bosh qahramon Toni Starkning koʻksidagi mitti atom reaktori unga tuganmas quvvat berishini koʻrgan boʻlsangiz kerak. Ushbu fantastik film mantigʻiga koʻra, bu mitti atom elektr stansiyasida yadroviy reaksiya bevosita elektr energiyasi beradi.

Koʻpchilik atom elektr stansiyalarining (AES) ishlash tamoyilini ham shunday deb oʻylaydi. Aslida esa AESlarda boshqacharoq, aytish mumkinki, anchayin soddaroq tarzda elektr quvvati ishlab chiqariladi.

Mitti zarralardan iborat olam

Biz ham, bizni oʻrab turgan moddiy olam ham koʻzga koʻrinmas mitti zarralar – atomlardan tashkil topgan. Turli ogʻirlik va xususiyatga ega atomlar xuddi LEGO oʻyinchogʻi donalari yoki gʻishtlar kabi turlicha kombinatsiyalarda birlashib, har xil molekulalar, ular esa organik va anorganik dunyoni tashkil etadi.

Atom ham bu olamda eng kichkina zarra emas. Atom – markazdagi (proton va neytronlardan iborat) yadrosi va uning atrofida aylanadigan elektronlardan iborat. Quyidagi suratda shartli ravishda elektronlar qizil, proton – koʻk, neytronlar – yashil rangda koʻrsatilgan.

Lekin bu sxematik koʻrinish. Aslida esa elektronlar atom atrofida, maʼlum masofada shunchalik tez aylanadiki, ular bir vaqtning oʻzida shartli “qobiq”ning hamma joyida boʻla oladi. Aytaylik, bitta elektronli atomning qobigʻining har qanday joyiga shartli oʻta ingichka igna tiqib koʻrsangiz, u hamma joyda va doimo elektronga duch keladi. Shu bois atom aslida oʻta kuchli va elektron mikroskopda – markazida mitti nuqtasi bor shar bulut tarzida koʻrinadi:

Masalan, kislorod atomlari mana bunday tarzda jamlanib, kislorod molekulalarini hosil qiladi:

Atom yadrosining tarkibi (proton va neytronlar soni) va ogʻirligi shu atomning qanday moddaligini belgilab beradi. Tabiiyki, agar protonlar kam boʻlsa – yengil modda, koʻp boʻlsa – ogʻir va qattiq modda boʻladi. Masalan, atom yadrosida 1 ta proton boʻlsa, u vodorod atomi va gaz, agar 26 ta proton boʻlsa, temir atomi boʻladi.

Atom yadrosi atrofida aylanuvchi elektronlar sonining oʻzgarishi atomning kimyoviy xususiyatini oʻzgartirmaydi. Biroq yangi elektron qoʻshilsa, atom manfiy zaryadlanadi va manfiy ion – anion hosil boʻladi. Elektron yoʻqotilsa, musbat ion – kation hosil boʻladi.

Elektr toki qanday paydo boʻladi?

Tok oʻtkazadigan mis va alyuminiy kabi metallarning atomlaridagi “zaruriy elektronlar”dan tashqarida “elektron bulut” – erkin, yaʼni valent elektronlar mavjud. Ularning “sayr qilib yurishi” atom xususiyatini oʻzgartirmaydi.

Mazkur erkin elektronlarning bir yoʻnalishda oqishi – elektr tokini keltirib chiqaradi. Elektr stansiyasida generator gʻaltakdagi elektronlarni simlarga “haydaydi”, ular esa oʻz navbatida simdagi atom elektronlarini suradi, surilgan elektronlar esa oʻz navbatida yonidagi atomlarning elektronlarini “siqib chiqarib”, oʻrnini egallaydi va hokazo. Oxir-oqibat bu elektronlar oqimi uyingizgacha yetib keladi va chiroqlarni yoqib, turli apparaturalar ishlashini taʼminlaydi.

Bu xuddi toʻyda bir qator turgan yigitlarning (atomlar) qimirlamay oshli laganlarni bir-biriga qoʻlma-qoʻl qilib mehmonlarga uzatishiga oʻxshaydi. Hech bir (atom) yigit oshsiz qolmaydi. Uning qoʻliga lagan (elektron) uzatsangiz, u qoʻlidagi oshni yonidagi yigitga uzatganidan soʻnggina siz uzatgan laganni oladi va hokazo. Biroq bu jarayon boshlanishi uchun generator, yaʼni osh pishirilgan katta qozon boʻlishi lozim. Qozon boshidagi oshpaz oshli lagan uzatishni toʻxtatgani zahoti, mehmonlarga osh yetib kelishi ham oʻsha zahoti toʻxtaydi.

Elektr toki qanday olinadi?

Elektr toki turli manbalar va turlicha usullarda olinadi.

Eng koʻp tarqalgan 2 turi – qayta tiklanuvchi va qayta tiklanmaydigan manbalar orqali elektr olish usullari mavjud.

Birinchi usulda quyosh batareyalaridagi (panellaridagi) kremniy fotoelementlar quyosh nuridagi fotonlarni elektr tokiga aylantiradi.

Shamol va oqar suv energiyasi esa avval mexanik energiyaga, keyin esa generator orqali elektr energiyasiga aylantiriladi. Bu jarayonlarni quyosh panellari, shamol parrakli generatorlari va gidroelektr stansiyalarida (GES) kuzatish mumkin.

Ikkinchi usulda gaz, neft va ularning hosila moddalarini yoqib, hosil boʻlgan issiqlik energiyasi yordamida suv qaynatiladi va hosil boʻlgan kuchli bu oqimi parraklarni aylantiradi. Parraklarga bogʻlangan generatorlar esa tok ishlab chiqaradi. Bu jarayon issiqlik elektr stansiyalarida (IES) amalga oshiriladi.

Atomdan energiya qanday ajralib chiqadi?

Atom yadrosi – tabiatdagi eng kuchli tuzilmalardan biri. Uran-235 kabi ogʻir elementlar yadrosi neytron bilan toʻqnashganda yoriladi va katta miqdorda issiqlik va qisman yorugʻlik energiyasi ajralib chiqadi.

Bu jarayon "zanjirli reaksiya" deb ataladi: har bir yorilgan yadro yonidagi atomlar yadrosini ham “qoʻzgʻatib”, yana neytronlar chiqaradi va boshqa yadrolarni yorilishga majbur qiladi.

Mazkur jarayonni bilyard sharlari misolida koʻrsak, tasavvur qiling, bitta sharni turtsangiz, u boshqa sharga uriladi va bir parchasini uchirib yuboradi, bu esa sharning qizib ketishiga sabab boʻladi. Uchgan parcha esa boshqa butun sharga urilib, undan ham parcha uzib chiqaradi va hokazo. Bu zanjir tarzida davom etadi.

Bu zanjirli jarayon bir necha yuz yil davom etishi mumkin. Afsuski, atomlardan muntazam otilib chiqayotgan zarralar tirik mavjudotlarning ham atomlarini qoʻzgʻatadi va jonli tanadagi atomlar endi zarralar otib, atrofidagi atomlarni qoʻzgʻata boshlaydi. Bu atomlarning kimyoviy va fizik xossalari oʻzgaradi. Uoʻbu jarayon radiatsiya deb ataladi. Tabiatan shunday xususiyatga ega moddalar esa radioaktiv moddalar, deyiladi.

Radioaktivga aylangan atomlardan hosil boʻlgan molekula, hujayra va toʻqimalar esa yoki oʻz vazifasini bajara olmay qoladi, yoki oʻladi. Turli buzilishlar va mutatsiyalar koʻpayadi. Ayrim hujayralarning rivojlanish dasturi va vazifasi buzilib, juda tez oʻsib, saratonga aylanishi mumkin. Bolalar tugʻilsa, nogiron boʻlib tugʻilishi mumkin. Xullas, radiatsiya salomatlikka putur yetkazib, oʻlimga ham olib kelishi mumkin.

Atom energiyasining elektr energiyasiga aylanishi

Atomda oʻta katta quvvat yashirin, biroq uni bevosita ishlatib boʻlmaydi. Masalan, balandlikdan tushayotgan suv katta kuchga ega, biroq uning kuchidan bugʻdoyni yanchib un qilish yoki televizorni ishga tushirish uchun foydalana olmaymiz. Uni avval biz nazorat qila oladigan va foydalana oladigan quvvatga aylantirishimiz lozim. Masalan, suv oqimi yoʻliga parrak qoʻysak, u aylanadi va tegirmon yoki moyjuvoz toshini aylantirib, foyda beradi. Yoki bu parrakka generator ulasak, u eletkr energiyasini yaratib beradi.

Atomlardagi kuch ham shunga oʻxshaydi. Atomlar yorilsa, yaʼni boʻlinsa, ulardan katta miqdorda issiqlik ajralib chiqadi. AESda bu jarayon nazorat ostida, yadroviy reaktorda yuz beradi.

Yadroviy reaktor – bu atom yorilishini boshqaradigan va undan energiya ajratib oladigan qurilma. Buni inson tanasidagi yurakka qiyoslash mumkin. U har doim "qizib turadi", lekin qattiq nazorat ostida. Reaktor ichida yoqilgʻi quvurlarilari (uran yoki plutoniy) joylashgan. Ularni "neytron moderatorlari" (masalan, suv, grafit) sustlashtiradi va reaksiyani nazoratda ushlaydi.

Bu issiqlik esa suvni qaynatadi. Qaynagan suvdan koʻtarilayotgan bugʻ parraklarni – turbinalarni aylantiradi. Turbinalar elektr generatorlarni aylantirib, elektronlar oqimi, yaʼni elektr tokini hosil qiladi!

Sodda qilib aytganda, AES bu – IESning oʻzginasi! Faqat issiqlik hosil qilishda oʻtin, mazut, koʻmir, gaz va neft oʻrniga atomlar parchalanishidan hosil boʻlgan issiqlikdan foydalaniladi.

AESning IESdan farqlari

AESning IESdan farqli jihati – atom reaktorlarida sovitish tizimi mavjud boʻlib, reaktor va turbinadan chiqqan issiqlikni sovitish uchun katta suv oqimi kerak. Aks holda oʻta katta issiqlik reaktorning oʻzini yondirib-eritib yuborishi va hatto portlab, atom bombasi kabi falokatga ham olib kelishi mumkin. Shu bois, AESlar katta suv havzalari yaqinida quriladi.

Biroq, neft, gaz yoki koʻmir kabi resurslardan farqli oʻlaroq, atom energiyasidan foydalanish jarayonida atmosferaga SO₂ chiqarmaydi, yaʼni ekologik jihatdan toza manba hisoblanadi. Masalan, 1 GVt quvvatdagi AES yiliga 6-7 million tonna SO₂ havoga chiqarilishining oldini oladi.

Atom energiyasining samaradorligini tasavvur qilishi uchun bir fakt: 1 gramm Uran-235 yorilishi natijasida taxminan 24 MVt-soat energiya ajraladi – bu bir oila uchun bir yillik elektr ehtiyojini qoplashga yetarli. Shu bois, jahon boʻylab minglab megavat elektr energiyasi aynan AES orqali olinadi. Bugungi kunda dunyoda 30 dan ortiq mamlakatda 440 ta faol atom elektr stansiyasi mavjud. Masalan, Fransiya elektr energiyasining taxminan 70%ini AES orqali oladi. 2023 yilda dunyoda AESlar 2,500 TVt-soatdan ortiq elektr energiyasi ishlab chiqargan.

Xavfsizlik – atomning "qalqoni"

AESda xavfsizlik birinchi oʻrinda. Reaktor maxsus beton va poʻlatdan iborat “tobut” (sarkofag) ichida boʻladi. Har qanday avariya yoki issiqlik ortsa, avtomatik ravishda reaksiya toʻxtaydi. Sovitish tizimlari, avariyaviy yopish klapanlari va inson omilini nazorat qiluvchi datchiklar tizimi har doim faol holda.

Tinch atom va uning masʼuliyati

Atom energiyasi – bu shunchaki texnika emas. U jamiyat, siyosat, etika va tabiat bilan bogʻliq. AES ishlayotgan har bir soniyada millionlab vattlar energiyasi beriladi, lekin shu bilan birga katta nazorat va masʼuliyatni talab qiladi. Uran yadrosi yoki inson qoʻlidagi "kalit" – bu kelajakning ramzi.

AES atmosferaga deyarli hech qanday uglerod chiqarmaydi, bu esa global iqlim oʻzgarishiga qarshi kurashda muhim. Shovqinsiz, changsiz va quyosh yoki shamolsiz ham ishlaydigan stansiya – bu kelajakning real alternativi. Yadroviy chiqindilar muammosi bor, lekin bu ham asta sekin texnologik yechim topayotgan masala.

Jarroh ham, qotil ham pichoqdan foydalanadi, ammo...

Atom energiyasi xuddi olovga oʻxshaydi. Uning quvvatidan nur va hayot manbai sifatida ham, yongʻin va halokat olib keluvchi kuch sifatida ham foydalanish mumkin. AES – bu fan, muhandislik va insoniy masʼuliyatning mukammal uygʻunligidir. U haqda koʻproq bilish, uni toʻgʻri tushunish va nazorat qilish – biz uchun vazifa, farzandlarimiz uchun esa kafolat hisoblanadi.

Abulfayz Sayidasqarov