Branduolinės jėgainės naudoja energiją, išleidžiamą skilimo metu, ir ją naudoja generuoti elektros energiją gaminančius įrenginius. Nors branduolinė energija sudaro tik 20 proc. Jungtinėse Amerikos Valstijose pagamintos elektros energijos, nacionaliniai branduoliniai pajėgumai yra didžiausi iš bet kurios kitos šalies - 101 gigavatos 2010 m.
Bendrosios branduolinės energijos komponentai
Branduoliniai reaktoriai turi šiuos bendruosius komponentus:
Kuras - uranas, radioaktyvus, sunkiųjų metalų rūda, yra labiausiai paplitęs branduolinių reaktorių kuras. Po sodrinimo proceso uranas tampa labai koncentruotu kuru.
Komerciniam branduoliniam reaktoriui reikia naudoti tūkstančius svarų praturtėjusio urano kuro, kad galėtų veikti. JAV civilinėse atominėse elektrinėse kasmet sunaudojama maždaug 50 milijonų svarų urano (U3O8 ekvivalento), dauguma iš kurių yra iš užsienio.
Uranas yra iškasamas visame pasaulyje, visų pirma Kazachstane, Kanadoje, Australijoje ir Afrikoje. Jungtinės Valstijos yra viena iš 10 geriausių urano gamintojų.
Kontroliniai strypai - Pagaminta iš neutronų sugeriančių medžiagų, tokių kaip kadmis, hafnis ar boras, kontrolinės juostos įterpiamos arba ištraukiamos iš šerdies, kad būtų kontroliuojamas reakcijos greitis arba, jei reikia, sustabdytas.
Moderatorius . Reaktoriaus šerdyje esanti medžiaga, sulėtindama neutronus, išsiskyrusius skaidymo metu, todėl jie daugiau skaidosi.
Moderatorius paprastai yra paprastas (lengvas) vanduo, bet gali būti sunkus vanduo (D20) ar grafitas.
Aušinamoji skystis - skystis arba dujos, kurios cirkuliuoja per šerdį, kad iš jo būtų perduodama šiluma. Be lengvų vandens reaktorių, vandens moderatorius taip pat veikia kaip pirminis aušinimo skystis.
Apsauga . Branduoliniai reaktoriai yra įdėtos į stiprias gelžbetonines konstrukcijas, kad radioaktyvumas nepatektų į atmosferą.
Pagrindinis branduolinės energijos procesas
Branduolinė fizika yra labai techniška, tačiau pagrindinis elektros energijos gamybos su branduoline energija procesas yra toks:
Reaktoriaus šerdis gamina šilumą ir radioaktyvumą procese, pavadintame "dalijimasis", paprastai vadinamas atominiu skilimu. Viduje reaktoriaus branduolys yra urano branduolinis kuras. Kadangi urano skaidulos branduoliai paleidžia neutronus. Kai neutronai paveikė kitus urano atomus, šie branduoliai taip pat suskaidė, atleidžiant savo neutronus, kad užfiksuotų kitus atomus, dėl kurių daugiau dalijamasi. Šis nuolatinis atomų suskaidymas yra grandininė reakcija.
Iš kontroliuojamų dalijimosi reakcijų gaunama šiluma naudojama gaminant garą iš vandens tiek tiesiogiai, kiek ir verdančio vandens reaktoriuje (BWR), arba netiesiogiai kaip ir suslėgto vandens reaktoriuje (PWR), kuriame yra garo generatorius.
Garas valdo turbiną, kuri valdo generatorių.
Generatorius gamina elektros energiją, kuri yra paskirstyta elektros tinklui.
Branduolinių reaktorių tipai
Visame pasaulyje naudojami įvairūs branduolinių reaktorių tipai. Tačiau dažniausiai naudojami slėgio vandens reaktoriai (PWR) ir verdančio vandens reaktoriai (BWR), kurie klasifikuojami kaip lengvojo vandens reaktoriai. Jungtinėse Amerikos Valstijose PWR ir BWR yra tik du komercinės branduolinės elektrinės, veikiančios.
- Verdančio vandens reaktorius (BWR) . Tokio tipo reaktoriuje skilimas gamina šilumą, kuri virimo vandenyje reaktoriaus šerdyje. Steve iš verdančio vandens įjungia turbiną, kuri varo generatorių elektros energijos gamybai. Reaktoriai šiaurės rytų Japonijos "Fukushima Naiishi" gamykloje, sugadinti 2011 m. Kovo mėn. Žemės drebėjimu ir cunamiu, yra BWR.
- Slėgio vandens reaktorius (PWR) . Šis reaktoriaus tipas yra labiausiai paplitęs energijos gamybai. Jis naudoja vandenį kaip aušintuvą ir moderatorių, agentą, kuris padeda kontroliuoti skilimo greitį. Uždaroje pirminėje aušinimo sistemoje vanduo, šildomas šilumnešiu nuo dalijimosi, einant per šerdį, palaikomas aukštu slėgiu, todėl jis nėra virinamas. Garas gaminamas antrinėje aušinimo skysčio kilpoje ir yra naudojamas elektrinei generatoriams vairuoti turbinai.
- CANDU ir sunkiojo vandens moderatorių reaktoriai . Šie modeliai naudoja sunkųjį vandenį kaip moderatorių. Sunkusis vanduo - su deuteriu pakeičiant du vandenilio atomus - kaip moderatorius lėtina neutronus skilimo procese ir leidžia naudoti natūralų uraną, o ne praturtintą uraną kaip kurą.
- "Pebble" lova modulinis reaktorius . Aukšto temperatūros reaktorius, kuriame naudojamas helio aušinimo skystis ir kuras, įdėtas į grafito ir silicio karbido sritis, siekiant užtikrinti, kad skilimo produktas būtų izoliuotas ir atsparus skilimui.