АЕЦ или атомна електроцентрала
Можем да генерираме електрическа енергия чрез ядрена енергия. В ядрена електроцентрала, електрическата енергия се генерира чрез ядрена реакция. Тук, тежки радиоактивни елементи като Уран (U235) или Торий (Th232) се подлагат на ядрено деление. Това деление се извършва в специално устройство, наречено реактор.
Какво е ядрено деление?
В процеса на деление, ядрата на тежки радиоактивни атоми се разделят на две почти равни части. По време на това разделяне, се освобождава огромно количество енергия. Освобождаването на енергията е резултат от дефект на масата. Това означава, че общата маса на първоначалния продукт би намаляла по време на делението. Тази загуба на маса по време на делението се преобразува в топлинна енергия според известното уравнение, установено от Альберт Айнщайн.
Основният принцип на ядрената електроцентрала е същият като на конвенционалната термална електроцентрала. Единствената разлика е, че вместо да се използва топлина, генерирана от горене на въглища, тук в ядрената електроцентрала, топлината, генерирана от ядрено деление, се използва за производство на пара от вода в котлото. Тази пара се използва за задвижване на паров турбина.
Тази турбина е основният двигател на алтернатора. Алтернаторът генерира електрическа енергия. Въпреки, че наличността на ядрено гориво не е много, малко количество ядрено гориво може да генерира огромно количество електрическа енергия.
Това е уникалната характеристика на ядрената електроцентрала. Един килограм уран е равностоен на 4500 метрични тона висококачествени въглища. Това означава, че пълното деление на 1 килограм уран може да произведе толкова топлина, колкото може да бъде произведена от пълното горене на 4500 метрични тона висококачествени въглища.
Поради това, въпреки че ядреното гориво е много по-скъпо, разходите за ядрено гориво на единица електрическа енергия все още са по-ниски от разходите за енергия, генерирана чрез други горива като въглища и дизел. За справяне с кризата на конвенционалните горива в настоящата ера, ядрените електроцентрали могат да бъдат най-подходящите алтернативи.
Преимущества на ядрената електроцентрала
Както казахме, потреблението на гориво в тази електроцентрала е сравнително ниско и затова, цената за генериране на единица енергия е значително по-ниска от другите конвенционални методи за генериране на енергия. Количество ядрено гориво, което е необходимо, също е по-малко.
Ядрената електроцентрала заема много по-малко пространство в сравнение с други конвенционални електроцентрали със същата мощност.
Тази станция не изисква много вода, затова не е необходимо да се строи близо до природни източници на вода. Това също не изисква голямо количество гориво, затова не е необходимо да се строи близо до въглениско поле или място, където има добри транспортни съоръжения. Поради това, ядрената електроцентрала може да бъде установена много близо до центъра на потреблението.
Има големи запаси от ядрено гориво по света, затова такива станции могат да осигурят продължаващо доставяне на електрическа енергия за идните хиляди години.
Недостатъци на ядрената електроцентрала
Горивото не е лесно достъпно и е много скъпо.
Началната цена за строителство на ядрена електроцентрала е много висока.
Изграждането и включването на тази станция са много по-сложни и напредничави от други конвенционални електроцентрали.
Продуктите на делението са радиоактивни по своята природа и могат да причинят високо радиоактивно замърсяване.
Разходите за поддръжка са по-високи и необходимият персонал за управление на ядрена електроцентрала е значително повече, тъй като са необходими специализирани обучени хора.
Бързите колебания на нагрузката не могат да бъдат ефективно удовлетворени от ядрените станции.
Тъй като продуктите на ядрените реакции са силно радиоактивни, това е голям проблем за изхвърлянето на тези продукти. Те могат да бъдат изхвърлени само дълбоко в земята или в море, далеч от брега.
Различни компоненти на ядрената електроцентрала
Ядрената електроцентрала има главно четири компонента.
Ядрен реактор
Топлообменник
Парова турбина
Алтернатор
Да обсъдим тези компоненти един по един:
Ядрен реактор
В ядрен реактор, Уран 235 се подлага на ядрено деление. Той контролира верижната реакция, която започва, когато делението е извършено. Верижната реакция трябва да бъде контролирана, иначе скоростта на освобождаване на енергия ще бъде висока, и може да има висок риск от експлозия. В ядреното деление, ядрата на ядреното гориво, като U235, се бомбардират от бавен поток от неутрони. В резултат на това бомбардиране, ядрата на Уран се разделят, което причинява освобождаване на огромна топлинна енергия, и по време на разделянето на ядрата, се излъчват и много неутрони.
Тези излъчени неутрони се наричат фисионни неутрони. Тези фисионни неутрони причиняват допълнително деление. Допълнителното деление създава още фисионни неутрони, които отново ускоряват скоростта на делението. Това е кумулативен процес.
Ако процесът не е контролиран, в много кратко време скоростта на делението става толкова висока, че освобождава толкова огромно количество енергия, че може да има опасна експлозия. Този кумулативен процес се нарича верижна реакция. Тази верижна реакция може да бъде контролирана само чрез премахване на фисионните неутрони от ядрен реактор. Скоростта на делението може да бъде контролирана чрез промяна на скоростта на премахване на фисионните неутрони от реактора.
Ядрен реактор е цилиндрична форма, стабилен тиснен резервоар. Топливните пръчки са направени от ядрено гориво, т.е. Уран, което обикновено е покрито с графит. Модераторите забавят неутроните преди сблъсъка с ядрата на Уран. Контролните пръчки са направени от кадмиум, тъй като кадмиум е силен абсорбент на неутрони.
Контролните пръчки са вмъкнати в камера за деление. Тези кадмиеви контролните пръчки могат да бъдат задълбочени или издърпани, според нуждата. Когато тези пръчки са достатъчно задълбочени, повечето фисионни неутрони са абсорбирани от тях, затова верижната реакция спира. Отново, когато контролните пръчки са издърпани, наличността на фисионни неутрони става повече, което увеличава скоростта на верижната реакция.
Ето защо, е ясно, че чрез регулиране на позицията на контролните пръчки, скоростта на ядрената реакция може да бъде контролирана и следователно генерирането на електрическа енергия може да бъде контролирано според нуждите на потреблението. В действителната практика, задълбочаването и издърпването на контролните пръчки се контролира от автоматична обратна връзка, според нуждите на потреблението. Не се контролира ръчно. Топлината, освободена по време на ядрената реакция, се извежда към топлообменника чрез охлаждащо вещество, състоящо се от натриев метал.
Топлообменник
