Ons kan elektriese krag deur middel van kernkrag opwek. In 'n kernkragsentrale word elektriese krag deur 'n kernreaksie opgewek. Hier word swaar radioaktiewe elemente soos Uranium (U235) of Torium (Th232) aan kernsplyting onderwerp. Hierdie splyting word in 'n spesiale toestel genaamd reaktor gedoen.
Tydens die splytingsproses word die kernes van swaar radioaktiewe atome in twee naby gelyke dele gebreek. Tussen hierdie breking van kernes word 'n groot hoeveelheid energie vrygestel. Hierdie vrylating van energie is as gevolg van 'n massa-defekt. Dit beteken dat die totale massa van die aanvanklike produk tydens splyting verminder sal word. Hierdie verlies van massa tydens splyting word na gelang van Albert Einstein se beroemde vergelyking omgesit na hitte-energie.
Die basisbeginsel van 'n kernkragsentrale is dieselfde as 'n konvensionele termiese kragsentrale. Die enigste verskil is dat, in plaas van die gebruik van hitte wat as gevolg van steenkoolverbranding gegenereer word, hier in 'n kernkragsentrale, die hitte wat as gevolg van kernsplyting gegenereer word, gebruik word om stoom uit water in die ketel te produseer. Hierdie stoom word gebruik om 'n stoomturbien aan te dryf.
Hierdie turbien is die primêre drijwer van die alternaator. Hierdie alternaator genereer elektriese energie. Alhoewel die beskikbaarheid van kernbrandstof nie veel is nie, kan 'n baie klein hoeveelheid kernbrandstof 'n groot hoeveelheid elektriese energie genereer.
Dit is die unieke kenmerk van 'n kernkragsentrale. Een kg uraan is ekwivalent aan 4500 metrieke tonne hoëgraad steenkool. Dit beteken dat volledige splyting van 1 kg uraan dieselfde hoeveelheid hitte kan produseer as die volledige verbranding van 4500 metrieke tonne hoëgraad steenkool.
Daarom, alhoewel kernbrandstof baie duurder is, is die koste van kernbrandstof per eenheid elektriese energie steeds laer as die koste van energie wat deur middel van ander brandstowwe soos steenkool en diesel gegenereer word. Om konvensionele brandstofkrisisse in die huidige era te oorkom, kan kernkragsentrales die mees geskikte alternatiewe wees.
Soos ons gesê het, is die brandstofverbruik in hierdie sentrale baie laag en dus is die koste vir die opwekking van 'n enkele eenheid energie baie laer as ander konvensionele kragopwekkingmetodes. Die hoeveelheid kernbrandstof wat benodig word, is ook minder.
'N Kernkragsentrale beslaan 'n baie kleiner area in vergelyking met ander konvensionele kragopwekkingsentrales van dieselfde kapasiteit.
Hierdie sentrale vereis nie 'n groot hoeveelheid water nie, dus is dit nie noodsaaklik om die plant naby natuurlike waterbronne te bou nie. Dit vereis ook nie 'n groot hoeveelheid brandstof nie, dus is dit ook nie noodsaaklik om die plant naby 'n steenkoolmyn of 'n plek waar goeie vervoorsinsrigtinge beskikbaar is, te bou nie. As gevolg hiervan kan die kernkragsentrale baie naby die belasting-sentrum gebou word.
Daar is groot depone van kernbrandstof wêreldwyd, dus kan sulke plante die voortdurende voorraad van elektriese energie vir komende duisende jare verseker.
Die brandstof is nie maklik beskikbaar nie en dit is baie duur.
Die aanvanklike koste van die bou van 'n kernkragsentrale is baie hoog.
Die oprigting en kommissie van hierdie plant is veel meer kompleks en gesofistikeerd as ander konvensionele kragopwekkingsentrales.
Die splytingsbyprodukte is radioaktief van aard, en dit kan hoë radioaktiewe vervuiling veroorsaak.
Die onderhoudskoste is hoër en die arbeidsmag wat benodig word om 'n kernkragsentrale te bedryf, is baie hoër omdat gespesialiseerde getrainde mense benodig word.
Die plotselinge fluktuasie van belasting kan nie doeltreffend deur kernkragsentrales aangepas word nie.
Aangesien die byprodukte van kernreaksies hoogs radioaktief is, is dit 'n groot probleem om hierdie byprodukte weg te skaf. Dit kan slegs diep in die grond of in die see ver van die kus weggeskaf word.
'N Kernkragsentrale het hoofsaaklik vier komponente.
Kernreaktor
Hitte-wisselaar
Stoomturbien
Alternaator
Laat ons hierdie komponente een vir een bespreek:
In 'n kernreaktor word Uranium 235 aan kernsplyting onderwerp. Dit beheer die kettingreaksie wat begin wanneer die splyting gedoen word. Die kettingreaksie moet beheer word anders sal die koers van vrygestelde energie vinnig wees, en daar kan 'n hoë kans op 'n ontploffing wees. Tydens kernsplyting word die kernes van kernbrandstof, soos U235, deur 'n stadige stroom neutron bombardeer. As gevolg van hierdie bombardering word die kernes van Uranium gebreek, wat die vrylating van 'n groot hoeveelheid hitte-energie veroorsaak en tydens die breking van kernes word 'n aantal neutron ook uitgestoot.
Hierdie uitgestote neutron word fissionsneutron genoem. Hierdie fissionsneutron veroorsaak verdere splyting. Verdere splyting skep meer fissionsneutron wat weer die spoed van splyting versnel. Dit is 'n kumulatiewe proses.
As die proses nie beheer word nie, sal in 'n baie kort tydperk die koers van splyting so hoog wees, dat dit so 'n groot hoeveelheid energie vrygestel, en daar kan 'n gevaarlike ontploffing wees. Hierdie kumulatiewe reaksie word 'n kettingreaksie genoem. Hierdie kettingreaksie kan slegs beheer word deur fissionsneutron van 'n kernreaktor te verwyder. Die spoed van splyting kan beheer word deur die koers van fissionsneutron-verwydering van reaktore te verander.
'N Kernreaktor is 'n silindervormige stunt drukvask. Die brandstof-stawwe is gemaak van kernbrandstof, naamlik Uranium, wat gewoonlik deur grafiet oorbedek word. Die moderaators vertraag die neutron voordat dit met uranium-kernes bots. Die beheer-stawwe is gemaak van cadmium omdat cadmium 'n sterk absorber van neutron is.
Die beheer-stawwe word in die splytkamer ingesit. Hierdie cadmium-beheer-stawwe kan soos nodig afgedruk en opgetrek word. Wanneer hierdie stawwe genoeg afgedruk word, word die meeste fissionsneutron deur hierdie stawwe geabsorbeer, waardoor die kettingreaksie stop. Weer, terwyl die beheer-stawwe opgetrek word, word die beskikbaarheid van fissionsneutron meer, wat die koers van kettingreaksies verhoog.
Dus is dit duidelik dat deur die posisie van die beheer-stawwe aan te pas, die koers van kernreaksies beheer kan word en gevolglik die opwekking van elektriese krag kan beheer word volgens belastingsvraag. In werklike praktyk word die afduwing en optrekking van beheer-stawwe deur 'n outomatiese terugvoerstelsel beheer volgens die belastingsbehoeftes. Dit word nie handmatig beheer nie. Die hitte wat tydens 'n kernreaksie vrygestel word, word deur 'n koelmidel van natriummetaal na die hitte-wisselaar vervoer.
In 'n hitte-wisselaar word die hitte wat deur natriummetaal vervoer word, in water gedissipeer en water word hier omgesit na hoëdrukstoom. Na die vrylating van hitte in water keer die natriummetaalkoelmidel terug na die reaktor deur middel van 'n koelmidel-sirkulasie-pomp.
In 'n kernkragsentrale speel die stoomturbien dieselfde rol as in 'n steenkoolkragsentrale. Die stoom dryf die turbien op dieselfde manier. Nadat dit sy taak gedoen het, kom die uitgeblase stoom in 'n stoomkondensor waar dit gekondenseer word om ruimte te maak vir die stoom agter dit.
