ÚVod do jaderné energie z jaderné energie

Jaderné elektrárny obsahují reaktory, které vytvářejí řízené štěpení řetězové reakce, proces, který nepřetržitě rozděluje jádra atomů uranu. Tento proces produkuje spoustu energie, záření a velmi vysoké teplo.

Jaderné elektrárny využívají energii uvolněnou štěpením a používají ji k pohonu generátorů, které vyrábějí elektřinu. Přestože jaderná energie přispívá jen asi 20 procent elektřiny vyrobené ve Spojených státech, jaderná kapacita státu je nejvyšší z jakékoli jiné země - 101 gigawattů v roce 2010.

Běžné složky jaderné energie

Jaderné reaktory mají tyto společné součásti:

Palivo - Uran, radioaktivní těžká kovová ruda je nejběžnějším palivem pro jaderné reaktory . Po procesu obohacování se uran stává velmi koncentrovaným palivem.

Komerční jaderný reaktor vyžaduje tisíce kilogramů obohaceného uranového paliva, aby mohl pracovat. Civilní jaderné elektrárny v USA nakupují ročně přibližně 50 milionů liber uranu (ekvivalent U3O8), z nichž většina pochází ze zámoří.

Uran je těžen na celosvětových místech, především v Kazachstánu, Kanadě, Austrálii a Africe. Spojené státy patří mezi deset nejlepších výrobců uranu.

Ovládací tyče - vyrobené z materiálu absorbujícího neutrony, jako je kadmium, hafnium nebo bór, řídící tyče se vkládají nebo vysouvají z jádra pro řízení rychlosti reakce nebo je v případě potřeby zastaví.

Moderátor - materiál v jádře reaktoru, který zpomaluje neutrony uvolněné z štěpení, takže způsobují větší štěpení.

Moderátor je obvykle obyčejná (lehká) voda, ale může to být těžká voda (D20) nebo grafit.

Chladicí kapalina - kapalina nebo plyn, který cirkuluje jádrem a přenáší teplo z něj. U lehkých vodních reaktorů funguje moderátor vody také jako primární chladicí kapalina.

Uzavření - jaderné reaktory jsou uzavřeny v silně vyztužených betonových konstrukcích, aby se zabránilo úniku radioaktivity do atmosféry.

Základní proces jaderné energie

Jaderná fyzika je velmi technická, ale základní proces výroby elektřiny s jadernou energií je následující:

Jádro reaktoru produkuje teplo a radioaktivitu v procesu nazývaném štěpení, rozdělení atomů. Uvnitř jádra reaktoru je uranové jaderné palivo. Jak jádra dělí uran, uvolňují neutrony. Když neutrony narazily na jiné atomy uranu, ty jádra se také rozštěpily a uvolnily své neutrony, aby udeřily další atomy, což způsobilo více štěpení. Toto kontinuální rozdělení atomů je řetězová reakce.

Teplo z řízených štěpných reakcí se používá k výrobě páry z vody, a to buď přímo ve vroucím vodním reaktoru (BWR), nebo nepřímo jako v reaktoru s tlakovou vodou (PWR), který obsahuje parní generátor.

Parní pohon turbíny, která napájí generátor.

Generátor vyrábí elektřinu, která je distribuována do elektrické sítě.

Typy jaderných reaktorů

Celosvětově se používají různé typy jaderných reaktorů. Nejčastějšími typy jsou však reaktory s tlakovou vodou (PWR) a reaktory s vroucí vodou (BWR), které jsou klasifikovány jako reaktory na lehkou vodu. Ve Spojených státech jsou PWR a BWR jedinými dvěma typy komerčních jaderných elektráren v provozu.

• Reaktor s vroucí vodou (BWR) - V tomto typu reaktoru produkuje štěpení teplo, které vaří v jádře reaktoru. Pára z vroucí vody napájí turbínu, která pohání generátor k výrobě elektřiny. Reaktory na severovýchodním japonském závodě Fukushima Naiishi poškozené zemětřesením a tsunami v březnu 2011 jsou BWR.
• Reaktor pod tlakovou vodou (PWR) - Tento typ reaktoru je nejběžnější pro výrobu energie. Používá vodu jako chladicí a moderátorskou látku, která pomáhá řídit rychlost štěpení. V uzavřeném systému primární chladicí kapaliny je voda ohřátá tepelnou energií z štěpení při průchodu jádrem pod vysokým tlakem, a proto se neváří. Pára je vyráběna v sekundární smyčce chladicí kapaliny a slouží k napájení turbíny, která pohání elektrický generátor.
• CANDU a těžká voda moderované reaktory - Tyto modely používají jako moderátor těžkou vodu. Těžká voda - s deuteriem nahrazujícím dva vodíkové atomy - jako moderátor zpomaluje neutrony ve štěpném procesu a dovoluje používat přírodní uran, spíše než obohacený uran jako palivo.
• Modulární reaktor s oblázkovou vrstvou - vysokoteplotní reaktor, který využívá chladicí kapalinu a palivo zabudované do koulí grafitu a karbidu křemíku, aby zajistila skladování štěpného produktu a odolnost proti roztavení.