Inleiding tot kernkracht van splijtstofenergie

Kerncentrales bevatten reactoren die gecontroleerde kettingreactie splitsing veroorzaken, een proces dat de kernen van uraniumatomen continu splitst. Dit proces produceert veel energie, straling en zeer hoge warmte.

Kerncentrales maken gebruik van de energie die door splijting wordt vrijgegeven en gebruikt om generatoren te produceren die elektriciteit produceren. Hoewel kernenergie slechts ongeveer 20 procent van de in de Verenigde Staten gegenereerde elektriciteit draagt, is de kerncapaciteit van het land het hoogste van elk ander land - 101 gigawatt in 2010.

Gemeenschappelijke componenten van kernkracht

Kernreactoren hebben deze componenten gemeen:

Brandstof - Uranium, een radioactieve zware metaalerts, is de meest voorkomende brandstof voor kernreactoren . Na het verrijking proces wordt uranium een ​​zeer geconcentreerde brandstof.

Een commerciële kernreactor vereist duizenden pond verrijkt uraniumbrandstof om te kunnen werken. Civiele kerncentrales in de VS kopen jaarlijks ongeveer 50 miljoen pond uranium (U3O8 equivalent) brandstof, waarvan de meerderheid uit overzee komt.

Uranium wordt op locaties wereldwijd gegenereerd, vooral in Kazachstan, Canada, Australië en Afrika. De Verenigde Staten behoren tot de top 10 producenten van uranium.

Control Rods - Gemaakt van een neutronabsorberend materiaal zoals cadmium, hafnium of boron, worden controlestaven ingebracht of teruggetrokken van de kern om de snelheid van de reactie te regelen of, indien nodig, te stoppen.

Moderator - Materiaal in de reactorkern die de neutronen vrijkomt van splijting, waardoor ze meer splijting veroorzaken.

De moderator is gewoonlijk gewoon (licht) water, maar kan zwaar water (D20) of grafiet zijn.

Koelvloeistof - Vloeistof of gas dat door de kern circuleert om de hitte ervan te overdragen. Bij lichte waterreactoren functioneert de water moderator ook als primaire koelvloeistof.

Containment - Kernreactoren zijn omhuld in zwaar gewapend betonconstructies om te voorkomen dat radioactiviteit in de atmosfeer komt.

Basisproces van Kernenergie

Kernfysica is zeer technisch, maar het basisproces voor het produceren van elektriciteit met kernenergie is als volgt:

De reactorkern produceert warmte en radioactiviteit in een proces genaamd splijting, algemeen bekend als atoomsplitsing. Binnen de reactor kern is uranium kernbrandstof. Naarmate de kernen van het uranium verdelen, vrijkomen ze neutronen. Wanneer de neutronen andere uraniumatomen raken, splitsen die kernen ook hun neutronen om andere atomen te slaan, waardoor ze meer splitsing veroorzaken. Deze continue atoomverdeling is een kettingreactie.

De warmte van gecontroleerde splijtingsreacties wordt gebruikt om stoom uit water te produceren, zowel direct als in de kokende waterreactor (BWR), of indirect als in de onderwaterreactor (PWR), die een stoomgenerator bevat.

De stoom stuurt een turbine die een generator aanstuurt.

De generator produceert elektriciteit die aan het stroomnet wordt verdeeld.

Kernreactortypes

Wereldwijd worden verschillende soorten kernreactoren gebruikt. Echter, de meest voorkomende typen zijn waterreactoren onder druk (PWR) en kokende waterreactoren (BWR), die worden geclassificeerd als lichtwaterreactoren. In de Verenigde Staten zijn PWR en BWR de enige twee typen commerciële kerncentrales in gebruik.

• Kookwaterreactor (BWR) - In dit type reactor produceert splijting hitte die water in de reactorkern kookt. Stoom uit het kokend water zorgt voor een turbine die een generator rijdt om elektriciteit te produceren. De reactoren bij de Fukushima Naiishi-fabriek in het noordoosten van Japan zijn beschadigd in de aardbeving en tsunami in maart 2011, BWR's.
• Waterzuiveringsinstallatie (PWR) - Dit type reactor is het meest voorkomende voor het produceren van energie. Het gebruikt water als koelmiddel en moderator, een agent die de snelheid van splijting helpt. In het gesloten primaire koelvloeistofstelsel wordt het water, dat door thermische energie wordt verwarmd door splijting tijdens het doorlopen van de kern, onder hoge druk gehouden en daarom kookt het niet. Stoom wordt geproduceerd in een secundaire koelvloeistoflus en wordt gebruikt om een ​​turbine aan te sturen die een elektrische generator aandrijft.
• CANDU en zware water gemodereerde reactoren - Deze ontwerpen gebruiken zwaar water als moderator. Het zware water - met deuterium die de twee waterstofatomen vervangt - als moderator vertraagt ​​neutronen in het splitsingsproces en maakt het gebruik van natuurlijk uranium in plaats van verrijkt uranium als brandstof mogelijk.
• Modulair reactor met kiezelbanen - Een reactor met hoge temperaturen die helium koelvloeistof en brandstof omhulde in bolletjes van grafiet en siliciumcarbide om ervoor te zorgen dat de splijtstofbevestiging en de smeltbestendigheid verzekerd worden.