Atoatoms elektrības stacija vai atoatoms elektrības rūpnīca
Var saskārt ģenerēt elektrisko enerģiju, izmantojot kodolenerģiju. Kodolstacija ģenerē elektrisko enerģiju ar kodolreakcijas palīdzību. Šeit smagās radioaktīvās vielas, piemēram, urāns (U235) vai torijs (Th232), tiek apstrādātas kodolfission procesā. Šis fission tiek veikts īpašā ierīcē, ko sauc par reaktoru.
Ko nozīmē kodolfission?
Fission procesā smagu radioaktīvo atomu jūras tika sadalītas divās gandrīz vienādās daļās. Šajā sadalīšanas procesā tiek atbrīvota liela enerģijas daudzums. Šī enerģijas atbrīvošana ir saistīta ar masas deficītu. Tas nozīmē, ka sākotnējā produkta kopējā masa samazināsies fission laikā. Šis mases zudums fission laikā tiek pārveidots uz siltuma enerģiju, kā to nosaka Einsteina slavenais vienādojums.
Kodolstacijas pamatprincips ir tāds pats kā tradicionālās termiskās stacijas. Atšķirība ir tikai tā, ka, nesaņemot siltumu, kas rodas no uglekļa degvielas sānu, šeit kodolstacijā, siltumu, kas rodas ar kodolfission, izmanto ūdens pārveidošanai par garu vakuā cietā. Šis gars tiek izmantots, lai palaistu garu turbinu.
Šī turbinja ir alternatora galvenais pārvietotājs. Alternators ģenerē elektroenerģiju. Lai arī kodoldegvielas pieejamība nav liela, tomēr ļoti maza kodoldegvielas daudzums var ģenerēt lielu elektroenerģijas daudzumu.
Tas ir kodolstacijas unikālais iezīme. Viens kg urāna ir ekvivalenta 4500 metriku tonnam augstās kvalitātes uglekļa. Tas nozīmē, ka pilnīga urāna fission var radīt tikpat siltumu, cik to var radīt 4500 metriku tonnu augstās kvalitātes uglekļa pilnīgā sagorināšanā.
Tāpēc, lai gan kodoldegviela ir daudz dārgāka, kodoldegvielas izmaksas vienības elektroenerģijai joprojām ir zemākas nekā enerģijas izmaksas, ko ģenerē citas degvielas, piemēram, uglekļa un dizeldegviela. Lai risinātu konventionālo degvielas krīzi mūsdienu laikmetā, kodolstacijas var būt vispiemērotākā alternatīva.
Kodolstacijas priekšrocības
Kā mēs esam minējuši, šajā stacijā degvielas patēriņš ir ļoti zems, un tāpēc, enerģijas ģenerēšanas izmaksas vienībai ir daudz zemākas nekā citos tradicionālos enerģijas ģenerēšanas paņēmienos. Kodoldegvielas nepieciešamā daudzums arī ir mazāks.
Kodolstacija aizņem daudz mazāku teritoriju salīdzinājumā ar citām tradicionālajām stacijām ar tādu pašu jaudu.
Šai stacijai nav nepieciešama daudz ūdens, tāpēc nav nepieciešams celtniecību veidot tuvu dabiskiem ūdens avotiem. Tāpat tai nav nepieciešama liela degvielas daudzums, tāpēc nav nepieciešams celtniecību veidot tuvu uglekļa rūpnīcai vai vietā, kur ir labas transporta iespējas. Tāpēc kodolstaciju var izveidot ļoti tuvu pieprasījuma centrā.
Globāli ir lieli kodoldegvielas depozīti, tāpēc šīs stacijas var nodrošināt elektroenerģijas nepārtrauktu piegādi tūkstošiem gadiem.
Kodolstacijas trūkumi
Degviela nav viegli pieejama un tā ir ļoti dārga.
Kodolstacijas būvniecības sākotnējās izmaksas ir ļoti augstas.
Šīs stacijas būvniecība un komisija ir daudz sarežģītāka un sofistikātāka nekā citās tradicionālajās stacijās.
Fission sekprodukti ir radioaktīvi, un to var izraisīt augstu radioaktīvo piesārņojumu.
Uzturēšanas izmaksas ir augstākas, un kodolstacijas darbībai ir nepieciešama daudz specializētas apmācības cilvēku.
Nenozīmīgas ieplūdes nestabilitāte efektīvi netiek risināta kodolstacijās.
Kā kodolreakciju sekprodukts ir ļoti radioaktīvs, tā novēršana ir ļoti liela problēma. To var novērst tikai dziļi zemes iekšpusē vai jūrā, tālu no krasta līnijas.
Kodolstacijas dažādi komponenti
Kodolstacija galvenokārt sastāv no četriem komponentiem.
Kodolreaktors
Siltuma maiņklātis
Gara turbinja
Alternators
Apdomāsim šos komponentus vienu pa otru:
Kodolreaktors
Kodolreaktorā U235 tiek apstrādāts ar kodolfission. Tas kontrolē virknes reakciju, kas sākas, kad notiek fission. Virknes reakciju jākontrolē, citādi enerģijas izlaides ātrums būs pārāk straujs, un varēs būt liela eksplodēšanas iespēja. Fission procesā kodoldegvielas, piemēram, U235 jūras tiek bombardētas lēni plūstošiem neutroniem. Tādējādi bombardējot, urāna jūras tiek sadalītas, kas rada lielu siltuma enerģiju, un jūru sadalīšanas laikā tiek emisēts arī daudz neutronu.
Emisētie neutroni tiek saukti par fission neutroniem. Šie fission neutroni rada papildu fission. Papildu fission rada vēl vairāk fission neutronu, kas atkal paātrina fission ātrumu. Tas ir kumulatīvs process.
Ja process netiek kontrolēts, ļoti īsā laikā fission ātrums kļūst tik augsts, ka tā izlaide ir tik liela, ka var būt bīstama eksplodēšana. Šis kumulatīvais process tiek saukts par virknes reakciju. Šo virknes reakciju var kontrolēt, noņemot fission neutronus no kodolreaktora. Fission ātrumu var kontrolēt, mainot fission neutronu noņemšanas ātrumu no reaktora.
Kodolreaktors ir cilindriskā formas stipra spiediena dzelzs. Degvielas šķēles ir izgatavotas no kodoldegvielas, piemēram, urāna, un parasti tās ir apglabātas grafitā. Moderācijas materiāls palēninās neutronus pirms saskarības ar urāna jūrām. Kontroles šķēles ir izgatavotas no kadmijs, jo kadmijs ir spēcīgs neutronu absorbents.
Kontroles šķēles tiek ieietilpinātas fission kamerei. Šīs kadmijs kontroles šķēles var tikt ieietilpinātas un izvilktas pēc vajadzības. Kad šīs šķēles tiek ieietilpinātas, lielākā daļa fission neutronu tiek absorbtas, tāpēc virknes reakcija aptur. Savukārt, kad kontroles šķēles tiek izvilktas, fission neutronu pieejamība palielinās, kas paaugstinās virknes reakcijas ātrumu.
Tātad, ir skaidrs, ka, pielāgojot kontroles šķēļu pozīciju, var kontrolēt kodolreakcijas ātrumu un tādējādi regulēt elektroenerģijas ģenerēšanu saskaņā ar pieprasījumu. Praksē kontroles šķēļu ieietilpināšana un izvilkšana tiek kontrolēta automātiskā atgriezeniskā sistēmā saskaņā ar pieprasījuma vajadzībām. Tā nav manuāli kontrolēta. Siltums, kas atbrīvots kodolreakcijas laikā, tiek pārnēsāts uz siltuma maiņklāti ar sākrās metalu kā dzesējam.
Siltuma maiņklātis
Siltuma maiņklātī siltums, ko nes sākrās metals, tiek izdalīts ūdenī, un ūdens tiek pārveidots par augstspiediena garu. Pēc siltuma izdalīšanas ūdenī sākrās metāls atgriežas reaktorā ar dzesējamā cirkulācijas pompas palīdzību.
