Атом электр станциялары электр энергиясын бөліп шығаратын энергияны пайдаланады және оны электр энергиясын өндіруге арналған генераторларды жүргізу үшін қолданды. Ядролық энергетика Америка Құрама Штаттарында өндірілген электр энергиясының шамамен 20 пайызын құрайтынына қарамастан, елдегі ядролық қуат 2010 жылы кез-келген басқа елдердің ең жоғары көрсеткіші - 101 гигаватт.
Ядролық энергияның жалпы компоненттері
Ядролық реакторлардың құрамдас бөліктері бар:
Отын - уран, радиоактивті, ауыр металл кені, ядролық реакторлар үшін ең көп таралған отын болып табылады. Байыту үрдісінен кейін уран өте шоғырланған отынға айналады.
Коммерциялық ядролық реактор жұмыс істеу үшін мыңдаған фунт мөлшерінде байытылған уран отынын талап етеді. АҚШ-тағы азаматтық атом электр станциялары жыл сайын шамамен 50 миллион фунт уран (U3O8 эквиваленті) отынды сатып алады, олардың көпшілігі шетелден келеді.
Уран әлемде, ең алдымен Қазақстанда, Канадада, Австралияда және Африкада өндіріледі. Құрама Штаттар уран өндірушілердің алғашқы ондығына кіреді.
Басқару тетіктері - кадмий, гафний немесе бор тәрізді нейтронды сіңіретін материалдан жасалған, басқару таяқшалары реакция жылдамдығын бақылау үшін немесе қажет болғанда оны тоқтату үшін ядродан шығарылады немесе алынып тасталады.
Модератор - Реактордағы ядроның материал бөлінуден босатылған нейтронды баяулататын материал, сондықтан олар көп бөлінеді.
Модератор әдеттегі (жеңіл) су болып табылады, бірақ ауыр су (D20) немесе графит болуы мүмкін.
Салқындату сұйықтығы - сұйықтық немесе газ оның ядросының айналасында жылу беру үшін. Жеңіл су реакторларында су модераторы сонымен қатар негізгі салқындатқыш ретінде жұмыс істейді.
Қорғау - Радиоактивтіліктің атмосфераға шығуын болдырмау үшін ядролық реакторлар қатты темірбетон конструкцияларына кіреді.
Ядролық энергияның негізгі процесі
Ядролық физика өте техникалық, бірақ ядролық энергетикамен электр энергиясын өндірудің негізгі процесі:
Реакторлық ядро атомды бөліп шығару деп аталатын бөліну деп аталатын процесте жылу мен радиоактивтілікті шығарады. Реактордың ішіне уран ядролық отыны жатады. Уранның ядролары секілді нейтронды босатады. Нейтрондар басқа уран атомдарын соққан кезде, сол ядролар да бөліп, басқа нейтронды босатып, басқа атомдарға соғып, көп бөлінеді. Бұл үздіксіз атомды бөлшектеу - тізбекті реакция.
Бақыланатын бөлу реакцияларының жылуы будың судан тікелей немесе қайнаған су реакторында (BWR) немесе бу генераторы бар қысымдағы су реакторында (PWR) сияқты жанама түрде өндіріледі.
Бу генераторды қуаттайтын турбинаны шығарады.
Генератор қуат көзіне таратылатын электр энергиясын өндіреді.
Ядролық реактордың түрлері
Бүкіл әлемде атом энергетикасы реакторларының әртүрлі түрлері қолданылады. Дегенмен, ең көп таралған типтері жеңіл су реакторлары ретінде жіктелетін су реакторлары (PWR) және қайнаған су реакторлары (BWR) болып табылады. Құрама Штаттарда PWR және BWR коммерциялық атомдық электр станцияларының тек екі түрі болып табылады.
- Қайнаған су реакторы (BWR) - реактордың осы түрінде бөлгіш реактордың ядросындағы суды қайнататын жылуды тудырады. Қайнаған судың буы генераторды электр қуатын өндіруге мүмкіндік беретін турбинаны береді. 2011 жылдың наурыз айында жер сілкінісі мен цунамиден зардап шеккен Жапонияның солтүстік-шығысындағы Фукусима Найяши зауытындағы реакторлар БЖК болып табылады.
- Су қысымы бар реактор (PWR) - реактордың бұл түрі энергияны өндіру үшін ең таралған. Ол суды салқындатқыш және модератор ретінде пайдаланады, бұл бөлу жылдамдығын басқаруға көмектесетін агент. Жабық тұйықталу жүйесінде жылу энергиясы арқылы ядродан өтіп жатқан кезде бөлінетін су жоғары қысымда сақталады және сондықтан ол қайнатпайды. Бумен қайталама салқындатқыш циклде өндіріледі және электр генераторын басқаратын турбинаны қуаттандыру үшін қолданылады.
- CANDU және ауыр суды басқаратын реакторлар - Бұл жобалар модератор ретінде ауыр суды пайдаланады. Ауыр су - екі сутегі атомын ауыстыратын деутериуммен - модератор нейтрондарды бөлшектеу үрдісінде баяулатады және отын ретінде байытылған уранды емес, табиғи уранды пайдалануға мүмкіндік береді.
- Қоқыс қабаты модульдік реакторы - гелийді салқындатқышты және отынды графит пен кремний карбидтерінің шоғырларында қорғайтын жоғары температура реакторы.