Ydinvoiman käyttöönotto fissioenergiasta

Ydinvoimalaitoksissa on reaktoreita, jotka luovat säädellyn ketjureaktion fissiota, prosessi, joka jakaa jatkuvasti uraaniatomien ytimiä. Tämä prosessi tuottaa paljon energiaa, säteilyä ja erittäin lämpöä.

Ydinvoimalaitokset hyödyntävät fissiosta vapautettua energiaa ja käyttävät sitä käyttämään sähköä tuottavia generaattoreita. Vaikka ydinvoima myötävaikuttaa vain noin 20 prosenttiin Yhdysvalloissa tuotetusta sähköstä, maan ydinvoima on kaikkien muiden maiden korkein - 101 gigawattia vuonna 2010.

Ydinreaktoreilla on seuraavat yhteiset osatekijät:

Fuel

- Uraani, radioaktiivinen, raskasmetallimalmi, on yleisin ydinreaktoreiden polttoaine . Uraanin rikastamisprosessin jälkeen väkevöity polttoaine.

Kaupallinen ydinreaktori vaatii tuhansia kiloa rikastettua uraanipolttoainetta voidakseen toimia. Siviilikäyttöiset ydinvoimalat U.:ssä hankkivat vuosittain noin 50 miljoonaa kiloa uraania (U3O8 ekvivalentti) polttoainetta, joista suurin osa tulee ulkomailta.

Uraania kaivetaan eri puolilla maailmaa, pääasiassa Kazakstanissa, Kanadassa, Australiassa ja Afrikassa. Yhdysvallat on yksi kymmenen uraanin tuottajan joukosta.

Ohjaussauvat

- Neutronia absorboivasta materiaalista, kuten kadmiumista, hafniumista tai boorista valmistettuina, säätösauvat asetetaan tai poistetaan sydämestä reaktioasteen hallitsemiseksi tai tarvittaessa pysäyttämiseksi.

Moderaattori - Reaktorisydämateriaali, joka hidastaa fissiosta vapautuvia neutreeneja, jolloin ne aiheuttavat enemmän fissiota.

Ohjaaja on yleensä tavallinen (kevyt) vesi, mutta voi olla raskas vesi (D20) tai grafiitti.

Jäähdytysneste

- Nestettä tai kaasua, joka kiertää sydämen läpi lämmön siirtämiseksi siitä. Kevyissä vesireaktoreissa vesimodulaattori toimii myös ensisijaisena jäähdytysaineena.

Säilytys - Ydinreaktorit suljetaan voimakkaasti vahvistettuihin betonirakenteisiin estääkseen radioaktiivisuuden pääsyn ilmakehään.

Ydinenergian perusprosessi Ydinfysiikka on hyvin tekninen, mutta ydinvoiman tuottamiseen perustuva ydinprosessi on seuraava:

Reaktorin ydin tuottaa lämpöä ja radioaktiivisuutta fissiossa, joka tunnetaan yleisesti atomi-halkaisu. Reaktorin ydin on uraanin ydinpolttoaine. Kun uraanin ydinosat jakautuvat, ne vapauttavat neutroneja. Kun neutroneja osui muihin uraaniatomeihin, ne myös halkeilivat, vapauttaen neutroniensa iskeytyäkseen muita atomia, aiheuttaen enemmän fissiota. Tämä jatkuva atomi-jakautuminen on ketjureaktio.

Hallittujen fissioreaktioiden lämpöä käytetään höyryn tuottamiseen vedestä, joko suoraan kiehuvaan vesireaktoriin (BWR) tai epäsuorasti kuten paineistettuun vesireaktoriin (PWR), joka sisältää höyrygeneraattorin.

Höyry käyttää turbiinia, joka ohjaa generaattoria.

Generaattori tuottaa sähköä, joka jaetaan sähköverkkoon.

Ydinreaktorityypit

Maailmanlaajuisesti käytetään erilaisia ​​ydinreaktoreita. Yleisimpiä ovat kuitenkin painevesireaktorit (PWR) ja kiehuvat vesireaktorit (BWR), jotka luokitellaan kevytvesireaktoreiksi. Yhdysvalloissa PWR ja BWR ovat vain kahdenlaisia ​​kaupallisia ydinvoimaloita.

Kiehutusvesireaktori (BWR)

- Tällaisessa reaktorissa fissio tuottaa lämpöä, joka kiehuu vettä reaktorisydämessä. Höyry kiehuvasta vedestä käyttää turbiinia, joka ajaa generaattoria tuottamaan sähköä. Reaktorit Koillis-Japanissa Fukushima Naiishin tehtaalla, joka vaurioituu maaliskuussa 2011 maanjäristyksessä ja tsunami on BWR.

• Paineistettu vesireaktori (PWR) - Tämäntyyppinen reaktori on tavallisin energiaa tuottava. Se käyttää vettä jäähdytysaineena ja valvojana, joka auttaa hallitsemaan fissiopeutta. Suljetussa primaarisessa jäähdytysjärjestelmässä vettä, jota kuumennetaan lämpöenergialla fissiosta läpikulun läpi, pidetään korkeassa paineessa ja siksi se ei kiehu. Höyryä tuotetaan toissijaisella jäähdytysnestesilmukalla ja sitä käytetään turbiinin virrantuessa, joka ajaa sähkögeneraattoria.
• CANDU- ja raskasvesijäähdytteiset reaktorit - Nämä mallit käyttävät raskasta vettä valvojana. Raskas vesi - deuteriumilla, joka korvaa kaksi vetyatomia - valvojana hidastaa neutronien fissioprosessissa ja mahdollistaa luonnollisen uraanin käyttö rikastetun uraanin sijasta polttoaineena.
• Pebble bed modular reaktori - Korkean lämpötilan reaktori, joka käyttää heliumjäähdytysainetta ja polttoainetta, joka on kiedottu grafiitti- ja piikarbidipallojen sisällä fissiotuotteen eristämisen ja sulamisvastuksen varmistamiseksi.