Ядерная энергия считается одним из самых чистых источников электроэнергии на планете (с точки зрения выбросов парниковых газов), если не принимать во внимание радиоактивные отходы, образующиеся в ходе реакции ядерного деления.
Атомная электростанция – определение
Атомные электростанции представляют собой сооружения, построенные для превращения энергии атома в чистое электричество путем выделения очень небольшого количества парниковых газов.
Атомная электростанция (также называемая атомной электростанцией) — это тепловая https://miraes.ru/kolskaya-aes-kaes-murmanskaya-aes-aes-polyarnyie-zori/ электростанция, которая использует ядерные реакторы для выработки тепла, необходимого для выработки пара.
Полученный таким образом пар используется для вращения турбины, которая будет производить чистое электричество с помощью генераторов.
Атомные электростанции используют ядерные реакторы для выработки тепловой энергии, которая будет превращена в чистое электричество.
Тепловая энергия вырабатывается в ходе реакции ядерного деления, которая протекает в контролируемой среде внутри ядерных реакторов.
Ядерным топливом, используемым в реакции ядерного деления, обычно является природный уран или обогащенный уран.
Атомная электростанция обычно состоит из одного или нескольких ядерных реакторов, паровой турбины и генератора переменного тока, двух или даже трех контуров (первичного, вторичного и третичного) и одной или двух градирен, в которых в качестве охлаждающего агента используется вода.
Атомные электростанции имеют КПД от 30% до 40%, а срок службы составляет от 20 до 40 лет, но основную проблему создают радиоактивные отходы, образующиеся в ходе реакции ядерного деления.
Основные операции, происходящие на атомных электростанциях
Я упоминал ранее, что атомная электростанция производит экологически чистое электричество, используя реакцию ядерного деления, которая выделяет тепло.
Тепло используется для кипячения воды и получения пара, который будет вращать турбину для выработки электроэнергии.
Однако сегодня США используют на своих атомных электростанциях две основные категории ядерных реакторов: реакторы с кипящей водой (BWR) и реакторы с водой под давлением (PWR).
Реактор с кипящей водой (BWR) кипятит воду внутри реактора, источник изображения: ucsusa.org
Обе эти системы используют кипящую воду для выработки пара, но BWR кипятят воду внутри реактора, а PWR кипятят воду вне реактора.
В обоих случаях пар необходимо охлаждать после его использования для вращения турбины и выработки электроэнергии.
Реактор с водой под давлением (PWR) кипятит воду вне реактора, источник изображения: ucsusa.org
Ядерное топливо, используемое атомными электростанциями
Уран обычно используется в качестве ядерного топлива во время реакции ядерного деления, которая происходит внутри ядерного реактора.
Будучи очень тяжелым металлом, уран можно найти в почвах, горных породах и морской воде, но на планете его не очень много.
В природном уране можно обнаружить два разных изотопа: Уран-238 (U-238), на долю которого приходится 99,3%, и Уран-235 (U-235), на долю которого приходится всего 0,7%.
Эти изотопы представляют собой атомы урана с разным количеством нейтронов.
Уран-238 содержит 146 нейтронов, а Уран-235 — только 143 нейтрона.
Разное количество нейтронов создает разное поведение изотопов, поэтому Уран-235 может быть легко расщеплен с выделением большого количества энергии, что делает его очень подходящим для реакции ядерного деления.
Однако Уран-238 (U-238) отличается поведением, даже если мы говорим об одном и том же элементе.
Уран-238 (U-238) менее радиоактивен и имеет более длительный период полураспада, чем Уран-235 (U-235), поэтому для его распада требуется более длительный период времени.
Ядерные цепные реакции, происходящие внутри активной зоны ядерного реактора
Ядерный реактор должен вырабатывать больше энергии во время реакции ядерного деления, чем энергия, потребляемая в процессе, поэтому ядерные реакции должны вызывать цепную реакцию внутри ядерного реактора.
Поскольку уран является очень тяжелым металлом (химическим элементом с высокой атомной массой), обладающим радиоактивными свойствами, он очень хорошо подходит для использования в качестве ядерного топлива внутри ядерного реактора.
Ядерные цепные реакции будут происходить в активной зоне ядерного реактора, где трубки внутри реактора, заполненные жидкостью (хладагентом), будут отводить тепло (тепловую энергию) из реактора и охлаждать его.