Ми можемо генерувати електричну енергію за допомогою ядерної енергії. У ядерній електростанції, електрична енергія генерується за рахунок ядерної реакції. Тут важкі радіоактивні елементи, такі як уран (U235) або торій (Th232), піддаються ядерному розщепленню. Це розщеплення відбувається в спеціальному пристрої, який називається реактором.
У процесі розщеплення, ядра важких радіоактивних атомів розбиваються на дві майже рівні частини. Під час цього розбиття ядер відбувається вивільнення великої кількості енергії. Це вивільнення енергії пов'язане з масовим дефектом. Це означає, що загальна маса початкового продукту зменшується під час розщеплення. Ця втрата маси під час розщеплення перетворюється на теплову енергію за відомим рівнянням, встановленим Альбертом Ейнштейном.
Основний принцип роботи ядерної електростанції той самий, що і у звичайної теплої електростанції. Єдине відмінність полягає в тому, що замість тепла, виробленого завдяки спалюванню вугілля, у ядерній електростанції використовується тепло, вироблене завдяки ядерному розщепленню, для виробництва пари з води в котлі. Ця парова струм використовується для приводу парової турбіни.
Ця турбіна є основним приводом альтернатора. Альтернатор генерує електричну енергію. Хоча доступність ядерного палива не дуже велика, але дуже невелика кількість ядерного палива може виробити велику кількість електричної енергії.
Це унікальна особливість ядерної електростанції. Один кг урану еквівалентний 4500 метричним тонам високоякісного вугілля. Це означає, що повне розщеплення 1 кг урану може виробити таку ж кількість тепла, яку можна отримати від повного спалювання 4500 метричних тон високоякісного вугілля.
З цієї причини, хоча ядерне паливо набагато дорожче, вартість ядерного палива на одиницю електричної енергії все ще нижча, ніж вартість енергії, виробленої за допомогою інших видів палива, таких як вугілля та дизельне паливо. Для вирішення проблеми з конвенційним паливом в сучасний час, ядерні електростанції можуть бути найкращими альтернативами.
Як ми вже сказали, витрати палива на цій електростанції досить низькі, і тому, вартість генерації однієї одиниці енергії значно нижча, ніж при інших традиційних методах генерації енергії. Кількість необхідного ядерного палива також менша.
Ядерна електростанція займає набагато менше простору, ніж інші традиційні електростанції зі схожою потужністю.
Ця станція не потребує великої кількості води, тому не обов'язково будувати її поруч з природними джерелами води. Також не потрібно велика кількість палива, тому не обов'язково будувати її поруч з вугільною шахтою або місцем, де є хороші транспортні засоби. Через це, ядерну електростанцію можна розташувати дуже близько до центру навантаження.
На світі є великі запаси ядерного палива, тому такі станції можуть забезпечити постійне надходження електричної енергії на тисячі років наперед.
Паливо не легко доступне і воно дуже дороге.
Початкова вартість будівництва ядерної електростанції досить висока.
Встановлення та введення в експлуатацію цієї станції набагато складніше і витонченіше, ніж інших традиційних електростанцій.
Продукти розщеплення є радіоактивними, і вони можуть призвести до високої радіоактивної забрудненості.
Вартість обслуговування вища, і для роботи ядерної електростанції потрібно більше людей, оскільки потрібні спеціалізовані навчені люди.
Станція не може ефективно відповідати на швидкі коливання навантаження.
Оскільки продукти ядерних реакцій є дуже радіоактивними, то викид цих продуктів є великою проблемою. Їх можна викидати лише глибоко під землею або в море, далеко від берегової лінії.
Ядерна електростанція має головним чином чотири компоненти.
Ядерний реактор
Теплообмінник
Парова турбіна
Альтернатор
Давайте обговоримо ці компоненти по черзі:
У ядерному реакторі, уран-235 піддається ядерному розщепленню. Він контролює ланцюгову реакцію, яка починається після розщеплення. Ланцюгову реакцію необхідно контролювати, інакше швидкість вивільнення енергії буде занадто великою, що може призвести до вибуху. У процесі ядерного розщеплення, ядра ядерного палива, таких як U235, бомбардується повільним потоком нейтронів. Завдяки цій бомбардуванні, ядро урану розбивається, що призводить до вивільнення великої кількості теплової енергії, і під час розбиття ядер випускається кілька нейтронів.
Ці випущені нейтрони називаються фізіонними нейтронами. Ці фізіонні нейтрони викликають подальше розщеплення. Подальше розщеплення створює більше фізіонних нейтронів, які знову прискорюють швидкість розщеплення. Це кумулятивний процес.
Якщо процес не контролюється, за короткий час швидкість розщеплення стає настільки великою, що вивільнюється така велика кількість енергії, що може призвести до небезпечного вибуху. Цей кумулятивний процес називається ланцюговою реакцією. Цю ланцюгову реакцію можна контролювати лише видаляючи фізіонні нейтрони з ядерного реактора. Швидкість розщеплення можна контролювати, змінюючи швидкість видалення фізіонних нейтронів з реактора.
Ядерний реактор - це циліндричний ступінчастий тиснінням сосуд. Паливні стержні виготовлені з ядерного палива, тобто урану, який зазвичай покривається графітом. Модератори, які зазвичай виготовлені з графіту, покривають паливні стержні. Модератори сповільнюють нейтрони перед їх зіткненням з ядрами урану. Контрольні стержні виготовлені з кадмію, оскільки кадмій є сильним абсорбентом нейтронів.
Контрольні стержні вставляються в камеру розщеплення. Ці кадмієві контрольні стержні можна опускати і піднімати за потреби. Коли ці стержні опускаються, більшість фізіонних нейтронів поглинається цими стержнями, тому ланцюгова реакція зупиняється. Знову ж, коли контрольні стержні піднімаються, доступність фізіонних нейтронів збільшується, що збільшує швидкість ланцюгової реакції.
Отже, очевидно, що, регулюючи положення контрольних стержнів, можна контролювати швидкість ядерної реакції, і, відповідно, генерацію електричної енергії відповідно до потреб навантаження. На практиці, опускання та підйом контрольних стержнів контролюється автоматичною системою зворотного зв'язку відповідно до потреб навантаження. Це не контролюється вручну. Тепло, вивільнене під час ядерної реакції, переноситься до теплообмінника за допомогою теплоносія, який складається з
