Jedrska elektrarna

Električno energijo lahko proizvedemo z uporabo jedrske energije. V jedrski elektrarni se električna energija generira s jedrsko reakcijo. Tukaj se težki radioaktivni elementi, kot so uran (U235) ali torij (Th232), podvržeta jedrski štapi. Ta štapi poteka v posebnem napravi, imenovanem reaktor.

Kaj je jedrska štapi?

V procesu štapi se jedra težkih radioaktivnih atomov razbijejo na dva skoraj enaka dela. Med tem razbijanjem jedra se izpušča obsežna količina energije. Ta izpuščanje energije je posledica masnega defekta. To pomeni, da bi se skupna masa prvotnega produkta zmanjšala med štapi. Ta izguba mase med štapi se pretvori v toplinsko energijo glede na slavno enačbo, ki jo je uvedel Albert Einstein.

Osnovni princip jedrske elektrarne je isti kot pri konvencijski termalni elektrarni. Edina razlika je ta, da namesto toplote, ki je nastala zaradi zgorevanja premoga, se tukaj v jedrski elektrarni uporablja toplota, ki je nastala zaradi jedrske štapi, za proizvodnjo para iz vode v kotelu. Ta par se uporablja za pogon parega turbin.

Ta turbina je glavni pogon alternatorja. Ta alternator generira električno energijo. Čeprav je razpoložljivost jedrskega goriva nevelika, zelo majhna količina jedrskega goriva lahko generira obsežno količino električne energije.

To je edinstvena značilnost jedrske elektrarne. Ena kg urana je ekvivalentna 4500 tonam visokokakovostnega premoga. To pomeni, da bi polna štapi 1 kg urana lahko proizvedla toliko toplote, kolikor bi jo lahko proizvedlo polno zgorevanje 4500 ton visokokakovostnega premoga.

Zato, čeprav je jedrsko gorivo veliko dražje, je strošek jedrskega goriva na enoto električne energije še vedno nižji od stroška energije, ki je generirana z drugimi gorivi, kot sta premog in dizel. Za odpravljanje krize konvencijskega goriva v sedanji dobi so jedrske elektrarne najprimernejše alternative.

Prednosti jedrske elektrarne

1. Kot smo rekli, poraba goriva v tej elektrarni je zelo nizka, zato je tudi strošek za proizvodnjo enote energije zelo nižji od drugih konvencijskih metod proizvodnje energije. Količina jedrskega goriva, ki je potrebna, je tudi manjša.

2. Jedrska elektrarna zaseda veliko manj prostora v primerjavi z drugimi konvencijskimi elektrarnami z enako zmogljivostjo.

3. Ta elektrarna ne zahteva velike količine vode, zato ni nujno, da bi bila zgrajena blizu naravnih virov vode. Ta tudi ne zahteva velike količine goriva, zato ni nujno, da bi bila zgrajena blizu premogovske rudnici ali kraja, kjer so na voljo dobre prometne infrastrukture. Zaradi tega lahko jedrska elektrarna obstaja zelo blizu centra obremenitve.

4. Po svetu obstaja veliko zalog jedrskega goriva, zato takšne elektrarne lahko zagotovijo nadaljnjo oskrbo z električno energijo za naslednjih tisoč let.

Nedodatki jedrske elektrarne

1. Gorivo ni lako dosegljivo in je zelo dragoceno.

2. Začetni stroški gradnje jedrske elektrarne so zelo visoki.

3. Erekcija in komisija te elektrarne sta veliko bolj zapleteni in sofisticirani kot pri drugih konvencijskih elektrarnah.

4. Naprodajščini štapi so radioaktivne narave in lahko povzročijo visoko radioaktivno onesnaževanje.

5. Stroški vzdrževanja so višji, in za delovanje jedrske elektrarne je potrebno več oseb, saj so potrebni strokovno usposobljeni ljudje.

6. Nenadne spremembe obremenitve ne morejo biti učinkovito odpravljene z jedrskimi elektrarnami.

7. Ker so odpadki jedrskih reakcij zelo radioaktivni, je ogromen problem njihova odstranitev. Jih je mogoče odstraniti le globoko v zemlji ali v morju oddaljeno od obale.

Različni komponenti jedrske elektrarne

Jedrska elektrarna ima predvsem štiri komponente.

1. Jedrski reaktor

2. Toplotni menjalnik

3. Parega turbina

4. Alternator

Razpravljajmo o teh komponentah ena po ena:

Jedrski reaktor

V jedrskem reaktoru je uran 235 podvržen jedrski štapi. To kontrolirova verigo reakcij, ki se začne, ko se izvede štapi. Verigo reakcij mora biti kontrolirovana, sicer bi bil hitrost izpusta energije hitra in bi bila možnost eksplozije visoka. V jedrski štapi so jedra jedrskega goriva, kot je U235, bombarda s počasnim tokom neutronov. Zaradi te bombardiranja se jedra urana razbijejo, kar povzroči izpust obsežne toplinske energije in med razbijanjem jedra se izpušča tudi številna nevtrona.

Izpuščeni nevtroni so imenovani štapski nevtroni. Ti štapski nevtroni povzročajo dodatno štapi. Dodatna štapi ustvarijo več štapskih nevtronov, ki spet pospešijo hitrost štapi. To je kumulativni proces.

Če ta proces ni kontrolirovan, v zelo kratkem času postane hitrost štapi tako visoka, da bi izpustila obsežno količino energije, ki bi lahko povzročila nevarno eksplozijo. Ta kumulativna reakcija se imenuje veriga reakcij. To verigo reakcij je mogoče kontrolirati le z odstranitvijo štapskih nevtronov iz jedrskega reaktorja. Hitrost štapi je mogoče kontrolirati z menjavo hitrosti odstranitve štapskih nevtronov iz reaktorja.

Jedrski reaktor je valjkasto oblikovano stiskalo pod visokim tlakom. Gorive palice so izdelane iz jedrskega goriva, torej urana, ki ga običajno pokriva grafit. Moderatori počasne nevtrone pred nihajem z jedri urana. Kontrolne palice so izdelane iz kadmina, ker je kadmi močen absorben nevtronov.

Kontrolne palice so vstavljene v štapsko komoro. Te palice iz kadmina je mogoče zagnati navzdol in navzgor glede na potrebo. Ko so te palice zagnane dovolj dol, večina štapskih nevtronov jih absorbuje, zato se veriga reakcij ustavi. Ponovno, ko so kontrolne palice povzročene, dostopnost štapskih nevtronov postane večja, kar poveča hitrost verige reakcij.

Zato je jasno, da z prilagajanjem položaja kontrolnih palic lahko kontroliramo hitrost jedrske reakcije in sledično proizvodnjo električne energije glede na potrebo po obremenitvi. V praksi je gibanje in povzročanje kontrolnih palic kontrolirano s samodejno povratno zanko glede na potrebo po obremenitvi. To ni ročno kontrolirano. Toplota, ki se izpušča med jedrsko reakcijo, se prenese na toplotni menjalnik z uporabo hladiča, sestavljenega iz natrija.

Toplotni menjalnik

V toplotnem menjalniku se toplota, ki jo nosi natrij, razprši v vodo in voda se pretvori v visokotlačni par. Po izpuščanju toplote v vodo se natrij ven vrne nazaj v reaktor s pumpo, ki cirkulira hladič.

Parega turbina

V jedrski elektrarni igra parega turbina isto vlogo kot v premogovski elektrarni. Par poganja turbino na