Насколько холодна атомная станция

[Если быть более точным, нейтроны, испускаемые при делении, обычно движутся со скоростью около 1/10 скорости света. Вероятность поглощения в 235 U намного выше, если скорость снизить до уровня 1/100 000 скорости света.]

МодераторТаким образом, реакторы рассчитаны на работу с замедлителем. Это растекающееся по всему реакционному пространству вещество, содержащее легкие ядра, не поглощающие нейтроны. При столкновении с легким ядром (например, водорода или углерода) нейтрон рассеивается и в результате теряет значительную часть своей энергии. После нескольких таких рассеяний его энергия падает до уровня, при котором велика вероятность поглощения ураном-235. Замедлителем в большинстве американских реакторов является вода.

Топливные стержни; ВодаРеактор состоит из большого бассейна с водой. В эту ванну погружено большое количество топливных стержней.Это узкие цилиндры, в которых находятся маленькие гранулы (размером с горошину) урана. Нейтроны, высвобождаемые при одном делении, обычно выходят из одного из топливных стержней и должны пройти через некоторое количество воды, прежде чем они столкнутся с ураном в другом топливном стержне. Эффект воды, в первую очередь ее ядер водорода, заключается в замедлении нейтронов и позволяет им инициировать дальнейшие деления. Без замедлителя вероятность деления слишком мала, и реактор останавливается.

Стержни управленияТретьим важным элементом реактора (помимо топлива и замедлителя) являются стержни управления. Чтобы реактор работал с постоянной скоростью, в бассейне установлены цилиндры из материала, легко поглощающего нейтроны. Одним из примеров является бор, который имеет два стабильных изотопа, 10 5 B и 11 5 B. 10 5 B легко вступает в реакцию поглощения нейтронов с образованием 11 5 B. Если реактор начинает увеличивать скорость деления, управляющие стержни перемещаются немного глубже в бассейн. Они поглощают больше нейтронов, делений меньше, и реактор замедляется. Если реактор работает слишком медленно, стержни управления немного выдвигаются из бассейна.Производство энергииЭффект непрерывного деления заключается в повышении температуры всей системы. Энергия деления проявляется в виде движения осколков деления, разлетающихся друг от друга. Это происходит в ядрах по всему реактору. Температура на самом деле есть не что иное, как мера средних скоростей (или, если быть более точным, энергий) атомных частиц. Таким образом, топливо с большим количеством делящихся ядер имеет высокую температуру.

Вода под давлениемВода в реакторе не стационарна. Холодная вода постоянно поступает в реактор и нагревается от контакта с твэлами. Затем при высокой температуре он вытекает. Вот еще одна важная часть реакторной технологии: температура, достигаемая в ядерном реакторе, находится в диапазоне 300 градусов Цельсия.Это выше, чем обычная температура кипения воды, 100 градусов. Но температура кипения воды не всегда равна 100 градусам. Его можно увеличить, если вода находится под высоким давлением (выше обычного атмосферного давления, составляющего около 76 см или 30 дюймов по ртутному барометру).

[Это общее свойство фаз материи: твердой, жидкой и газообразной. Температура, при которой происходит фазовый переход, может быть совершенно разной при разных давлениях. Этот момент дополнительно обсуждается в ссылке, которая не является обязательной частью этого сайта о реакторах.]

Эта горячая вода под давлением производит электричество. За пределами плавательного бассейна ядерного реактора вода испаряется, образуя пар под высоким давлением. Пар вызывает вращение витков проволоки, которые вращаются в пространстве между полюсами магнита. Этот «электродинамический» эффект вызывает протекание электрического тока.

Функции водыТаким образом, вода в реакторе является устройством теплопередачи, системой охлаждения (чтобы топливо не перегревалось) и замедлителем.

В некоторых реакторах замедлителем является тяжелая вода, вода, в которой изотоп водорода равен 2 Н вместо 1 Н. В других реакторах замедлителем является углерод в виде графита. В самом первом реакторе, построенном Энрико Ферми в 1943 году, использовался графитовый замедлитель.

Ядерный страх

Несчастные случаиЯдерная наука уже целое столетие является частью общедоступных знаний, а ядерные реакторы известны уже более полувека. Тем не менее, общественность все еще сохраняет определенный страх перед ядерными технологиями, который намного превышает его страх перед другими технологиями (например, электричеством или двигателем внутреннего сгорания). Для некоторых этот страх иррационален и сдерживает важный прогресс; для других этот страх оправдан. Одним из направлений ядерной боязни является возможность ядерной аварии в реакторе: неконтролируемое производство энергии (как в бомбе) или выброс радиоактивности в окружающую среду.Мы видели, что конструкция реактора исключает неуправляемый ядерный взрыв, но во время аварии в Чернобыле на Украине произошел химический взрыв, а также серьезный выброс радиоактивности. Это событие, однако, было самой страшной ядерной аварией, а проект Чернобыля был ошибочным.Ядерные отходыВторым направлением ядерной боязни являются последствия длительного хранения ядерных отходов.Новые технологииПроектирование современных ядерных реакторов началось сразу после Второй мировой войны. Реактор изначально планировался как небольшая установка для атомных подводных лодок. Затем его модифицировали и расширили для крупномасштабного производства электроэнергии в гражданских целях. Таким образом, вопросы долгосрочной безопасности и защиты окружающей среды, волнующие сегодня людей, никогда не рассматривались в первые годы становления атомной энергетики. В ожидании постоянной и растущей потребности в ядерной энергетике как в США, так и в других странах многие ученые и инженеры сегодня — при поддержке федерального правительства — работают над новыми конструкциями реакторов, все еще использующих деление тяжелых элементов. как основной источник энергии. Одним из них является реактор на тяжелых металлах.Почему ядерная энергия?После аварии на Три-Майл-Айленд в 1979 году новые атомные электростанции не были построены. Хотя соображения безопасности сыграли свою роль, основная причина заключается в том, что атомные станции стали гораздо менее конкурентоспособными, чем предполагалось. В значительной степени это связано с тем, что цена на нефть остается низкой, а уголь стал более широко использоваться для производства электроэнергии. Тем не менее, ядерная энергетика является важной частью энергетической сцены. В стране работает более 70 АЭС. Во Франции около 80% электроэнергии вырабатывается атомными станциями, а атомная энергетика продолжает играть важную роль в России и Японии. В мире 17% всей электроэнергии вырабатывается атомной энергетикой.

Сторонники ядерной энергии утверждают, что неразумно полагаться так сильно, как мы, на источники ископаемого топлива (нефть, уголь, природный газ) по четырем причинам: земля не так надежна, как хотелось бы); (2) нефть поступает из политически нестабильных частей земного шара; (3) сжигание ископаемого топлива приводит к загрязнению воздуха (токсичными газами, такими как окись углерода и оксиды серы); (4) глобальное потепление из-за повышенного уровня углекислого газа является следствием сжигания ископаемого топлива, а ядерное деление является источником, который не производит CO 2 .

Сторонники также утверждают, что новые проекты сделают АЭС более безопасными и дешевыми. Одной из причин увеличения стоимости этих установок является необходимость добавления устройств безопасности к конструкции, которая восходит к 1950-м годам, когда безопасность не была первостепенной задачей.

Альтернативные виды топливаПротивники ядерной энергетики обращают внимание на развитие возобновляемых источников энергии (прямое использование солнечного света, ветра, топлива из биомассы). Недавнее исследование, спонсируемое группой, которая активно поддерживает возобновляемые источники энергии, приходит к выводу, что возобновляемые источники энергии могут обеспечить половину потребностей Америки в энергии в течение примерно 40 лет. Это оставляет проблему того, что делать в течение следующих нескольких десятилетий. Энергия термоядерного синтеза также вряд ли станет возможной раньше, чем через 40 или 50 лет. Таким образом, некоторые рассматривают атомную энергетику как временную меру для обеспечения энергией в течение следующих нескольких десятилетий, пока не будет готово что-то еще.РаспространениеКритики также указывают на повышенный риск распространения ядерного оружия, если реакторы будут строиться шире по всему миру, а ядерные материалы в целом станут более доступными. Авария на Фукусиме усилила страх перед ядерными реакторами во многих местах по всему миру.Итоги

В США в настоящее время возрождается поддержка ядерной энергии, поддерживаемая также администрацией Обамы. В последние годы значительно увеличилось количество заявок на лицензирование новых атомных станций.В Германии правительство приступило к осуществлению плана радикального изменения энергоснабжения страны, отказавшись от многих реакторов прямо сейчас и полностью отказавшись от атомной энергии к 2022 году.

КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ

• Используйте природный или низкообогащенный уран.
• Медленные нейтроны: замедлитель
• Планировка «Бассейн»
• Стержни управления; поглощать нейтроны
• Вода как замедлитель, теплоноситель, теплообменное устройство
• Вода под давлением
• Аргументы против ядерной энергетики:
  • Несчастные случаи
  • Напрасно тратить
  • Расход
  • Загрязнение от ископаемого топлива
  • Политическая нестабильность в богатых нефтью районах
  • Не способствует глобальному потеплению.
  голоса

  Рейтинг статьи