Πώς παράγεται θερμότητα στον πυρηνικό αντιδραστήρα;
1. Πυρηνική σχάση
* Ο πυρήνας: Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν έναν πυρήνα που περιέχει ράβδους καυσίμου, συνήθως από ουράνιο.
* απορρόφηση νετρονίων: Τα άτομα ουρανίου είναι ασταθή. Όταν ένα νετρόνιο χτυπά έναν πυρήνα του ατόμου ουρανίου, προκαλεί τη διάσπαση του ατόμου, μια διαδικασία που ονομάζεται σχάση.
* απελευθέρωση ενέργειας: Αυτή η διάσπαση απελευθερώνει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, κυρίως με τη μορφή:
* Κινητική ενέργεια των προϊόντων σχάσης: Τα προκύπτοντα θραύσματα από το άτομο ουρανίου πετούν χωριστά σε απίστευτα υψηλές ταχύτητες.
* ακτίνες γάμμα: Τα φωτόνια υψηλής ενέργειας εκπέμπονται.
* νετρόνια: Τα πρόσθετα νετρόνια απελευθερώνονται, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν περαιτέρω αντιδράσεις σχάσης (αλυσιδωτή αντίδραση).
2. Μεταφορά θερμότητας
* Ψυκτικό: Ο πυρήνας περιβάλλεται από ψυκτικό, συνήθως νερό ή αέριο όπως το διοξείδιο του άνθρακα.
* απορρόφηση ενέργειας: Το ψυκτικό απορροφά την κινητική ενέργεια και τη θερμότητα από τα προϊόντα σχάσης και τις ακτίνες γάμμα.
* Κυκλοφορία: Το θερμαινόμενο ψυκτικό κυκλοφορεί μέσω ενός συστήματος σωλήνων.
3. Παραγωγή ατμού
* Εναλλάκτης θερμότητας: Το ζεστό ψυκτικό περνάει μέσα από έναν εναλλάκτη θερμότητας, μεταφέροντας τη θερμότητα του σε νερό σε ξεχωριστό βρόχο.
* Παραγωγή ατμού: Η θερμότητα από το ψυκτικό μετατρέπει το νερό σε ατμό.
4. Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
* Τουρμπίνες: Ο ατμός υψηλής πίεσης οδηγεί στροβίλους, οι οποίοι περιστρέφουν τις γεννήτριες για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Βασικές έννοιες
* Αλυσιδωτή αντίδραση: Τα νετρόνια που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια της σχάσης μπορούν να προκαλέσουν περαιτέρω συμβάντα σχάσης, δημιουργώντας μια παρατεταμένη αλυσιδωτή αντίδραση. Αυτή η ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση είναι απαραίτητη για τη δημιουργία ισχύος.
* ράβδοι ελέγχου: Οι ράβδοι ελέγχου που κατασκευάζονται από υλικά απορρόφησης νετρονίων όπως το κάδμιο ή το βόριο εισάγονται στον πυρήνα του αντιδραστήρα για τη ρύθμιση του ρυθμού σχάσης και τον έλεγχο της ισχύος.
* Συντονιστές: Ορισμένοι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν έναν συντονιστή, όπως γραφίτη ή βαρύ νερό, για να επιβραδύνουν τα νετρόνια που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια της σχάσης, καθιστώντας τους πιο πιθανό να προκαλέσουν περαιτέρω συμβάντα σχάσης.
Σημαντικές σημειώσεις:
* Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες είναι εξαιρετικά πολύπλοκες και απαιτούν αυστηρούς κανονισμούς ασφαλείας.
* Η διαδικασία της πυρηνικής σχάσης παράγει ραδιενεργά απόβλητα που πρέπει να διαχειρίζονται προσεκτικά.
* Η πυρηνική ενέργεια έχει και τα δύο οφέλη (αξιόπιστη πηγή ενέργειας, χαμηλές εκπομπές αερίων θερμοκηπίου) και μειονεκτήματα (ραδιενεργά απόβλητα, δυνατότητες ατυχημάτων).
