Pódese xerar enerxía eléctrica mediante a enerxía nuclear. Na central nuclear, xérase a enerxía eléctrica por reacción nuclear. Aquí, elementos radioactivos pesados como o uranio (U235) ou o torio (Th232) son sometidos á fisión nuclear. Esta fisión realiza-se nun aparato especial chamado reactor.
No proceso de fisión, os núcleos dos átomos radioactivos pesados divídense en dúas partes case iguais. Durante esta división de núcleos, libérase unha cantidade enorme de enerxía. Esta liberación de enerxía debeuse a un defecto de masa. Isto significa que a masa total do produto inicial reducirase durante a fisión. Esta perda de masa durante a fisión convértese en enerxía térmica segundo a famosa ecuación establecida por Albert Einstein.
O principio básico dunha central nuclear é o mesmo que o dunha central térmica convencional. A única diferenza é que, en vez de usar o calor xerado debido á combustión do carón, aquí, na central nuclear, usa-se o calor xerado debido á fisión nuclear para producir vapor a partir da auga na caldeira. Este vapor úsase para accionar unha turbina de vapor.
Esta turbina é o motor principal do alternador. Este alternador xera enerxía eléctrica. Aínda que a dispoñibilidade de combustible nuclear non sexa moita, unha cantidade moi pequena de combustible nuclear pode xerar unha cantidade enorme de enerxía eléctrica.
Esta é a característica única dunha central nuclear. Un kilogramo de uranio equivale a 4500 toneladas métricas de carón de alta calidade. Isto significa que a fisión completa dun kilogramo de uranio pode producir tanta calor como a combustión completa de 4500 toneladas métricas de carón de alta calidade.
Por iso, aínda que o combustible nuclear sexa moito máis caro, o custo do combustible nuclear por unidade de enerxía eléctrica aínda é inferior ao custo da enerxía xerada mediante outros combustibles como o carón e o gasóleo. Para facer fronte á crise de combustibles convencionais na era actual, as centrais nucleares poden ser as alternativas máis adecuadas.
Como dixemos, o consumo de combustible nesta central é bastante baixo e, polo tanto, o custo para xerar unha unidade de enerxía é bastante menor que os métodos convencionais de xeración de enerxía. A cantidade de combustible nuclear necesaria tamén é menor.
Unha central nuclear ocupa un espazo moito menor en comparación con outras centrais convencionais da mesma capacidade.
Esta central non require moita auga, polo que non é esencial construír a planta preto de fuentes naturais de auga. Tamén non require unha cantidade enorme de combustible, polo que tampouco é esencial construír a planta preto dunha mina de carón ou dun lugar onde hai boas instalacións de transporte. Debido a isto, a central nuclear pode establecerse moi preto do centro de carga.
Hai grandes depósitos de combustible nuclear a nivel mundial, polo que estas centrais poden asegurar o suministro continuo de enerxía eléctrica durante miles de anos.
O combustible non está facilmente dispoñible e é moi caro.
O custo inicial de construción dunha central nuclear é bastante alto.
A erección e a puesta en marcha desta planta son moito máis complicadas e sofisticadas que outras centrais convencionais.
Os subproductos da fisión son radioactivos e poden causar unha alta contaminación radioactiva.
O custo de manutención é maior e a man de obra necesaria para operar unha central nuclear é considerablemente maior, xa que se requiren persoas formadas especializadas.
As fluctuacións súbitas da carga non poden ser atendidas eficientemente polas centrais nucleares.
Como os subproductos das reaccións nucleares son altamente radioactivos, é un gran problema a disposición destes subproductos. Só se poden desechar no interior da terra ou no mar lejos da costa.
Unha central nuclear ten principalmente catro componentes.
Reactor nuclear
Intercambiador de calor
Turbina de vapor
Alternador
Vamos discutir estes componentes un por un:
No reactor nuclear, o uranio 235 está suxeito á fisión nuclear. Controla a reacción en cadea que comeza cando se realiza a fisión. A reacción en cadea debe controlarse, caso contrario, a taxa de enerxía liberada será rápida, hai unha alta probabilidade de explosión. Na fisión nuclear, os núcleos do combustible nuclear, como o U235, son bombardeados por un flujo lento de neutrones. Debido a este bombardeo, os núcleos do uranio rompéronse, o que causa a liberación de unha cantidade enorme de enerxía térmica e, durante a ruptura dos núcleos, emítense tamén varios neutrones.
Estes neutrones emitidos chámanse neutrones de fisión. Estes neutrones de fisión provocan unha nova fisión. Esta nova fisión crea máis neutrones de fisión, que aceleran de novo a velocidade da fisión. Este é un proceso acumulativo.
Se o proceso non se controla, en un tempo moi curto, a taxa de fisión tornase tan alta que liberaría unha cantidade tan enorme de enerxía que podería provocar unha explosión perigosa. Esta reacción acumulativa chámase reacción en cadea. Esta reacción en cadea só pode controlarse eliminando os neutrones de fisión do reactor nuclear. A velocidade da fisión pode controlarse cambiando a taxa de eliminación de neutrones de fisión do reactor.
Un reactor nuclear é un vaso de presión cilíndrico. As barras de combustible están feitas de combustible nuclear, é dicir, uranio moderado, que xeralmente está cuberto de grafito. Os moderadores frean os neutrones antes da colisión con os núcleos de uranio. As barras de control están feitas de cádmio porque o cádmio é un forte absorvedor de neutrones.
As barras de control insértanse na cámara de fisión. Estas barras de cádmio poden empurrarse cara abaixo e sacarse cara arriba conforme se require. Cando estas barras se empurran abaxo o suficiente, a maioría dos neutrones de fisión son absorbidos por estas barras, polo que a reacción en cadea para. Novamente, cando as barras de control se sacan, a disponibilidade de neutrones de fisión aumenta, o que incrementa a taxa de reacción en cadea.
Por tanto, está claro que axustando a posición das barras de control, a taxa da reacción nuclear pode controlarse e, en consecuencia, a xeración de enerxía eléctrica pode controlarse conforme a demanda de carga. Na práctica, o empurrar e sacar das barras de control controlase por un sistema de retroalimentación automático conforme a demanda de carga. Non se controla manualmente. O calor liberado durante a reacción nuclear transmítese ao intercambiador de calor mediante un refrigerante composto de metal de sodio.
No intercambiador de calor, o calor transportado polo metal de sodio disípanse na auga e a auga convértese en vapor de alta presión. Despois de liberar calor na auga, o refrigerante de metal de sodio volve ao reactor mediante unha bomba de circulación de refrigerante.
Na central nuclear, a turbina de vapor desempeña o mesmo papel que nunha central de carón. O vapor acciona a turbina da mesma maneira. Despois de realizar o seu traballo, o vapor de escape entra nun condensador de vapor onde se condensa para proporcionar espazo ao vapor detrás del.
Un alternador, acoplado a unha turbina, rota e xera enerxía eléctrica, para a súa utilización. A saída do alternador entrega-se aos barramentos a través dun transformador, interruptores de circuito e aisladores.
