Kernekraftværk eller kernekraftanlæg
Vi kan generere elektrisk energi ved hjælp af kernekraft. I en kernekraftværk, genereres elektrisk strøm gennem nuklear reaktion. Her udsættes tungt radioaktivt materiale som Uran (U235) eller Thorium (Th232) for nuklearklyngning. Denne klyngning foregår i et specielt apparat kaldet reaktor.
Hvad er nuklearklyngning?
Under klyngningsprocessen opdeles kernerne af tunge radioaktive atomer i to næsten lige store dele. Under denne opdeling af kerner frigives en enorm mængde energi. Dette skyldes en massefejl, hvilket betyder, at den samlede masse af det oprindelige produkt vil være mindre under klyngningen. Dette tab af masse under klyngningen omdannes til varmeenergi ifølge den berømte ligning, der blev opstillet af Albert Einstein.
Den grundlæggende princippet for en kernekraftværk er det samme som for en konventionel termisk kraftværk. Den eneste forskel er, at i stedet for at bruge varme, der genereres ved kulforbrænding, bruges her i en kernekraftværk, varmen, der genereres ved nuklearklyngning, til at producere damp fra vand i kedlen. Denne damp anvendes til at drevet en damp turbine.
Damp turbinen er den primære drevende kraft for alternatoren. Alternatoren genererer elektrisk energi. Selvom der ikke findes meget kernebrændsel, kan en meget lille mængde kernebrændsel generere en enorm mængde elektrisk energi.
Dette er den unikke egenskab ved en kernekraftværk. En kilo uran svarer til 4500 tons højkvalitet kul. Det betyder, at komplet klyngning af 1 kg uran kan producere lige så meget varme, som kan produceres ved komplet forbrænding af 4500 tons højkvalitet kul.
Derfor, selvom kernebrændsel er meget dyrt, er omkostningerne pr. enhed elektrisk energi stadig lavere end energien, der genereres ved hjælp af andre brændstoffer som kul og diesel. For at imødekomme den konventionelle brændselskrise i nutidens æra, kan kernekraftværker være de mest passende alternativer.
Fordelene ved kernekraftværk
Som vi sagde, er brændselsforbruget i denne kraftværk meget lavt, og derfor er omkostningerne for at generere en enkelt enhed energi langt lavere end ved andre konventionelle metoder til energigenerering. Mængden af kernebrændsel, der kræves, er også mindre.
En kernekraftværk optager en meget mindre plads sammenlignet med andre konventionelle kraftværker med samme kapacitet.
Denne anlæg har ikke behov for stor mængde vand, og derfor er det ikke nødvendigt at bygge anlæget nær naturlige vandkilder. Dette har heller ikke behov for en stor mængde brændsel, og derfor er det heller ikke nødvendigt at bygge anlæget nær en kulmine eller et sted, hvor gode transportfaciliteter er tilgængelige. På grund af dette kan kernekraftværket opføres meget tæt på belastningscentret.
Der findes store lagringer af kernebrændsel globalt, således kan disse anlæg sikre fortsat levering af elektrisk energi i tusinder af år fremover.
Ulemper ved kernekraftværk
Brændslet er ikke let tilgængeligt, og det er meget dyrt.
De indledende omkostninger ved at bygge en kernekraftværk er ret høje.
Opførelse og indkørsel af dette anlæg er meget mere kompliceret og sofistikerede end andre konventionelle kraftværker.
Klyngningsbiprodukterne er radioaktive, og det kan forårsage høj radioaktiv forurening.
Vedligeholdelsesomkostningerne er højere, og arbejdskraften, der kræves til at drive en kernekraftværk, er ret høj, da specialiserede trænede personer er nødvendige.
Pludselige fluktuationer i belastningen kan ikke effektivt håndteres af kernekraftværker.
Da biproduktet af nukleare reaktioner er højradioaktivt, er det en meget stor udfordring at skrotte disse biprodukter. De kan kun deponeres dybt inde i jorden eller i havet langt fra kysten.
De forskellige komponenter i en kernekraftværk
En kernekraftværk har hovedsageligt fire komponenter.
Kernereaktor
Varmevalider
Damp turbine
Alternator
Lad os diskutere disse komponenter en efter en:
Kernereaktor
I en kernereaktor udsættes Uran 235 for nuklearklyngning. Den kontrollerer kedjereaktionen, der starter, når klyngningen foregår. Kedjereaktionen skal kontrolleres, ellers vil hastigheden for energifrigivelse være hurtig, og der kan være en høj risiko for eksplosion. Under nuklearklyngning bliver kernerne af kernebrændsel, som U235 bombarderet af en langsom strøm af neutroner. Pga. denne bombardeering bliver kernerne af Uran opdelt, hvilket forårsager frigivelsen af en enorm mængde varmeenergi, og under opdelingen af kernerne udsendes også flere neutroner.
Disse udsendte neutroner kaldes klyngningsneutroner. Disse klyngningsneutroner forårsager yderligere klyngning. Yderligere klyngning skaber flere klyngningsneutroner, hvilket igen øger hastigheden af klyngningen. Dette er en kumulativ proces.
Hvis processen ikke kontrolleres, vil hastigheden af klyngningen i en meget kort tid blive så høj, at den frigiver en enorm mængde energi, og der kan være en farlig eksplosion. Denne kumulative reaktion kaldes en kedjereaktion. Denne kedjereaktion kan kun kontrolleres ved at fjerne klyngningsneutroner fra en kernereaktor. Hastigheden af klyngningen kan kontrolleres ved at ændre hastigheden for at fjerne klyngningsneutroner fra reaktorer.
En kernereaktor er en cylindrisk formet stunt trykfyringsbeholder. Brændselsstaverne er lavet af kernebrændsel, nemlig Uran, som generelt er dækket af grafitt, der dækker brændselsstaverne. Moderaterne, der sænker hastigheden af neutroner, før de kolliderer med Uran-kerner. Kontrolstaverne er lavet af cadmium, fordi cadmium er en stærk absorber af neutroner.
Kontrolstaverne indsættes i klyngningskammeret. Disse cadmium kontrolstaver kan trækkes ned og trækkes op efter behov. Når disse staver er trukket ned nok, absorberes de fleste klyngningsneutroner af disse staver, og kedjereaktionen stopper. Når kontrolstaverne trækkes op, bliver tilgængeligheden af klyngningsneutroner større, hvilket øger hastigheden af kedjereaktionen.
Det er derfor klart, at ved at justere positionen af kontrolstaverne, kan hastigheden af nuklear reaktion kontrolleres, og dermed kan genereringen af elektrisk strøm kontrolleres i overensstemmelse med belastningskrav. I praksis kontrolleres trækning og trækning af kontrolstaver af en automatisk feedbacksystem i henhold til belastningskrav. Det kontrolleres ikke manuelt. Varmen, der frigives under en nuklear reaktion, føres til varmevalideren ved hjælp af kølsmiddelet, der består af natriummetall.
Varmevalider
I en varmevalider dissiperes varmen, der bæres af natriummetall, i vand, og vand omdannes til højtryksdamp her. Efter at have frigivet varme i vandet kommer natriummetalkølsmiddelet tilbage til reaktoren ved hjælp af en kølsmiddelpump.
Damp turbine
I en kernekraftværk spiller damp turbinen samme rolle som i en kul kraftværk. Dampen drev turbinen på samme måde. Efter at have gjort sin job, kommer affaldsdampen ind i en damp kondenser, hvor den kondenseres for at give plads til dampen bagved.
