Introduktion til kernekraft fra fissionsenergi

Kernekraftværker indeholder reaktorer, der skaber kontrolleret kædereaktionsfission, en proces, der kontinuerligt splitter kerne af uranatomer. Denne proces producerer meget energi, stråling og meget høj varme.

Kernekraftværker udnytter energien frigivet ved fission og sætter den i brug til at drive generatorer, der producerer elektricitet. Selvom atomkraft kun bidrager med ca. 20 procent af den elektricitet, der genereres i USA, er nationenes nukleare kapacitet det højeste af ethvert andet land - 101 gigawatt i 2010.

Kernereaktorer har disse komponenter til fælles:

Brændstof

- Uran, en radioaktiv tungmetalmalm, er det mest almindelige brændsel til atomreaktorer . Efter anrikningsprocessen bliver uran et meget koncentreret brændstof.

En kommerciel atomreaktor kræver tusindvis af pund beriget uranbrændstof for at kunne fungere. Civile atomkraftværker i USA køber årligt ca. 50 millioner pounds uran (U3O8 ækvivalent) brændstof, hvoraf størstedelen kommer fra udlandet.

Uran udvindes på steder over hele verden, primært i Kasakhstan, Canada, Australien og Afrika. USA er blandt de top 10 uranproducenter.

Kontrolstænger

- Fremstillet af et neutronabsorberende materiale, såsom cadmium, hafnium eller bor, indsættes kontrolstænger eller trækkes tilbage fra kernen for at kontrollere reaktionshastigheden eller stoppe det om nødvendigt.

Moderator - Materiale i reaktorkernen, som nedsætter neutronerne frigivet fra fission, så de forårsager mere fission.

Moderatoren er normalt almindeligt (let) vand, men kan være tungt vand (D20) eller grafit.

Kølevæske

- Væske eller gas, der cirkulerer gennem kernen for at overføre varmen fra den. I lette vandreaktorer fungerer vand moderatoren også som det primære kølevæske.

Indkapsling - Kernereaktorer er indkapslet i stærkt armeret betonstrukturer for at forhindre radioaktivitet i at komme ud i atmosfæren.

Kernefysikens kerneproces Kernefysikken er meget teknisk, men den grundlæggende proces til produktion af elektricitet med atomkraft er som følger:

Reaktorkernen producerer varme og radioaktivitet i en proces kaldet fission, der almindeligvis er kendt som atom-spaltning. Inde i reaktorkernen er uran nukleart brændsel. Som kernerne i uranen splitter, frigiver de neutroner. Når neutronerne rammer andre uranatomer, splittes disse kerner også og frigiver deres neutroner til at ramme andre atomer og forårsager mere fission. Denne kontinuerlige atomopdeling er en kædereaktion.

Varmten fra kontrollerede fissionsreaktioner bruges til at producere damp fra vand, enten direkte som i kogende vandreaktoren (BWR) eller indirekte som i trykvandsreaktoren (PWR), som indeholder en dampgenerator.

Dampen driver en turbine, der driver en generator.

Generatoren producerer elektricitet, der distribueres til elnettet.

Kernreaktortyper

På verdensplan anvendes forskellige typer atomkraftreaktorer. Imidlertid er de mest almindelige typer trykreaktorer (PWR) og kogende vandreaktorer (BWR), som er klassificeret som lette vandreaktorer. I USA er PWR og BWR de eneste to typer kommercielle atomkraftværker i drift.

Kogende vandreaktor (BWR)

- Ved denne reaktortype producerer fission varme, som koger vand i reaktorkernen. Damp fra kogende vand driver en turbine, der driver en generator til produktion af elektricitet. Reaktorerne i det nordøstlige Japans Fukushima Naiishi-plante beskadiget i jordskælvet og tsunamien i marts 2011 er BWR'er.

• Trykvandsreaktor (PWR) - Denne type reaktor er den mest almindelige til produktion af energi. Det bruger vand som kølemiddel og moderator, en agent, der hjælper med at styre fissionshastigheden. I det lukkede primære kølevæskesystem opvarmes vandet, der opvarmes af termisk energi fra fission, mens den passerer gennem kernen, under højt tryk og koger derfor ikke. Damp fremstilles i en sekundær kølevæskesløjfe og bruges til at drive en turbine, der driver en elektrisk generator.
• CANDU og tunge vand modererede reaktorer - Disse designs bruger tungt vand som moderator. Det tunge vand - med deuterium, der erstatter de to hydrogenatomer - som moderator bremser neutronerne i fissionsprocessen og gør det muligt at anvende naturligt uran i stedet for beriget uran som brændstof.
• Modulære reaktor med køjeseng - En høj temperaturreaktor, der bruger heliumkølemiddel og brændstof indkapslet i kugler af grafit og siliciumcarbid for at sikre fissionsproduktindeslutning og modstandsdygtighed over for nedbrydning.