Как Работи Ядрената Енергия

{h1}

Ядрената енергия осигурява електричество за значителен процент от световното население. Погледнете вътре в ядрен реактор с WordsSideKick.com.

За някои ядрената енергия предлага чиста енергийна алтернатива, която ни освобождава от оковите на зависимостта от изкопаеми горива. За други той призовава изображения на бедствие: японски електроцентрали, разрушени от земетресения, изхвърлящи радиоактивна пара, мъртвата зона около бетонния саркофаг на Чернобил.

Но какво се случва вътре в атомната електроцентрала, за да създаде такова чудо и нещастие? Представете си, че следвате волт електричество обратно през стената, през целия мили от електропроводи до ядрения реактор, който го е генерирал. Ще срещнете генератора, който произвежда искрата, и турбината, която я върти. На следващо място, ще намерите струята пара, която превръща турбината, и накрая радиоактивния сбор от уран, който загрява водата в пара. Добре дошли в ядрото на ядрения реактор.

Водата в реактора служи и като охлаждаща течност за радиоактивния материал, предотвратявайки прегряването му и разтопяването му. През март 2011 г. телевизионните зрители по целия свят научиха какво се случва, когато охладителната система претърпи катастрофална повреда. Японските граждани избягаха от десетките хиляди от района около ядреното съоръжение Фукушима-Даичи след най-мощното земетресение в рекорда и последвалото цунами нанесоха сериозни щети на централата и няколко нейни реакторни звена. Наред с други събития, водата, изтичаща от ядрото на реактора, което от своя страна направи невъзможно контролирането на температурата на ядрото. Това доведе до прегряване и частично ядрен срив [източник: NPR].

Към април 2018 г. в 50 страни работят около 450 ядрени енергийни реактора и те осигуряват около 11 процента от световната електроенергия, според Световната ядрена асоциация. Само в САЩ има 99 реактора в 61 комерсиално работещи атомни електроцентрали в рамките на 30 щатски щата, включително тенесианският блок 2 на Тенеси, реактор с капацитет 1150 мегавата, който започна търговска експлоатация през октомври 2016 г. [източник: EIA].

Ядрената енергия доставя 20 процента от нуждите от електроенергия в САЩ, по-малко от 31,7 процента от природния газ и 30,1 процента от въглищата и само малко повече от 17,1 процента, осигурени от възобновяеми енергийни източници, като водноелектрическа енергия, вятър и слънчева енергия [източник: EIA], Но някои държави зависят по-силно от атома. Франция например получава 72 процента от електроенергията си от ядрени централи, а Швеция получава около 40 процента от тях, според доклад от април 2018 г. [източник: World-Nuclear.org].

В тази статия ще разгледаме как функционира ядреният реактор вътре в електроцентралата, както и атомната реакция, която отделя цялата тази решаваща топлина.

Ядрен делене: Сърцето на реактора

Въпреки цялата космическа енергия, която извиква думата "ядрена", електроцентралите, които зависят от атомната енергия, не работят по различен начин от типичната електроцентрала за изгаряне на въглища. И двете топлинна вода в пара под налягане, която задвижва турбинен генератор. Ключовата разлика между двете централи е методът за загряване на водата [източник: Mnsu.edu].

Докато централите, работещи с въглища, изгарят изкопаеми горива, атомните централи зависят от топлината, която се получава по време на ядрен делене, когато един атом се разделя на два и освобождава енергия. Ядреният делене се случва естествено всеки ден. ураннапример, постоянно се подлага на спонтанно делене с много бавна скорост. Ето защо елементът излъчва радиация и защо това е естествен избор за индуцирано делене че атомните електроцентрали изискват [източник: World-nuclear.org].

Уранът е често срещан елемент на Земята и съществува от създаването на планетата. Въпреки че има няколко разновидности на уран, уран-235 (U-235) е най-важният за производството както на ядрената енергия, така и на ядрените бомби.

U-235 се разпада по естествен път чрез алфа лъчение: Изхвърля алфа частица или два неутрона и два протона, свързани заедно. Това е и един от малкото елементи, които могат да претърпят индуцирано делене. Стреляйте свободен неутрон в ядро ​​U-235 и ядрото ще абсорбира неутрона, ще стане нестабилно и ще се разцепи веднага.

Това съдържание не е съвместимо на това устройство.

Анимацията по-горе показва ядро ​​уран-235 с неутрон, приближаващ се от върха. Щом ядрото улавя неутрона, то се разделя на два по-леки атома и изхвърля два или три нови неутрона (броят на изхвърлените неутрони зависи от това как се разделя атомът U-235). Процесът на улавяне на неутрона и разделянето се случва много бързо.

Разпадът на един U-235 атом освобождава приблизително 200 MeV (милиона електронни волта). Това може да не изглежда много, но има много уранови атоми в килограм (0,45 килограма) уран [източник: World-nuclear.org]

Разделянето на атом отделя топлина и гама лъчениеили радиация, направена от високоенергийни фотони. Двата атома, които са резултат от деленето, по-късно се освобождават бета радиация (свръхбързи електрони) и тяхната гама-излъчване също [източник: World-nuclear.org].

Но за да работи всичко това, учените трябва първо да обогатят проба от уран, така че да съдържа 2 до 3 процента повече U-235 [източник: World-nuclear.org]. Три процента обогатяване е достатъчно за атомните електроцентрали, но уранът с оръжие е съставен от поне 90 процента U-235. Процесът на обогатяване на уран се извършва чрез центрофуга, след като се създаде газ от урана. Силата на центрофугата разделя U-235 атома от U-238 атомите. Отначало има само леко увеличение на концентрацията на U-235 атоми, така че процесът трябва да се повтори няколко пъти в центрофугата, за да се увеличи обогатяването. Правенето на уран с клас на оръжие е много трудно и скъпо, което е една от причините малко държави да разполагат с ядрени оръжия. Но тези бариери не са непреодолими [източник: Zielinski].

Ами Плутоний?

Уран-235 не е единственото възможно гориво за електроцентрала. Друг делящ се материал, Плутоний-239 е създаден чрез бомбардиране на U-238 с неутрони [източник: World-nuclear.org].

Вътре в атомна електроцентрала

Тази диаграма показва всички части на ядрен реактор.

Тази диаграма показва всички части на ядрен реактор.

За да превърнат ядрения делене в електрическа енергия, операторите на атомни електроцентрали трябва да контролират енергията, отделена от обогатения уран, и да му позволят да загрява водата в пара. След това тази пара задвижва турбини за генериране на електричество [източник: NEI].

Обогатеният уран обикновено се формира в гранули с дължина 1 инч (2,5 сантиметра), всеки с приблизително същия диаметър като стотинка. След това пелетите са подредени на дълги пръти, а пръчките се събират в вързопи, Пачките са потопени във вода вътре в съд под налягане. Водата действа като охлаждаща течност. Оставен до собствените си устройства, уранът в крайна сметка би прегрял и се стопил.

За да предотвратите прегряване, контролни пръти направени от материал, който абсорбира неутроните, се вкарват в уранния сноп, използвайки механизъм, който може да ги повдигне или спусне. Повдигането и спускането на контролните пръти позволява на операторите да контролират скоростта на ядрената реакция. Когато операторът иска ядрото на уран да произвежда повече топлина, контролните пръти се издигат от снопа на уран (като по този начин абсорбират по-малко неутрони). За да се намали топлината, те се спускат в уранния сноп. Пръчките също могат да бъдат спуснати напълно в снопа на уран, за да се затвори реакторът в случай на авария или да се смени горивото [източници: Nosowitz, World-nuclear.org].

Урановият сноп действа като изключително високо енергиен източник на топлина. Той загрява водата и я превръща в пара. Парата задвижва турбина, която върти генератор, за да произвежда мощност. Човеците впрягат разрастването на водата в пара от стотици години.

В някои атомни електроцентрали парата от реактора преминава през вторичен, междинен топлообменник за преобразуване на друг контур от вода в пара, който задвижва турбината. Предимството на този дизайн е, че радиоактивната вода / пара никога не контактува с турбината. Също така, в някои реактори охлаждащата течност в контакт с ядрото на реактора е газ (въглероден диоксид) или течен метал (натрий, калий); тези видове реактори позволяват ядрото да работи при по-високи температури [източник: World-nuclear.org]

Като се имат предвид всички радиоактивни елементи в атомната електроцентрала, не би трябвало да е изненада, че към външността на централата има малко повече, отколкото бихте намерили в електроцентрала за въглища. В следващия раздел ще проучим различните защитни бариери между вас и атомното сърце на растението.

Извън ядрена централа

Както можете да разберете, гледайки тази снимка на германската атомна централа Brokdorf, бетонът играе важна роля в съдържането на радиоактивни материали.

Както можете да разберете, гледайки тази снимка на германската атомна централа Brokdorf, бетонът играе важна роля в съдържането на радиоактивни материали.

След като преминете покрай самия реактор, има много малка разлика между ядрена централа и електроцентрала с въглища или петрол, с изключение на източника на топлината, използвана за създаване на пара. Но тъй като този източник може да излъчва вредни нива на радиация, са необходими допълнителни предпазни мерки.

Бетонната облицовка обикновено помещава съда под налягане на реактора и действа като радиационен щит. От своя страна тази облицовка се намира в много по-голям стоманен съд. Този съд съдържа ядрото на реактора, както и оборудването, което работниците в завода използват за зареждане и поддържане на реактора. Съдът за ограничаване на стоманата служи като бариера за предотвратяване на изтичането на радиоактивни газове или течности от централата [източник: Nuclear-power.net].

Външната бетонна сграда служи като последен слой, предпазващ съда от стоманен контейнер. Тази бетонна конструкция е проектирана да бъде достатъчно здрава, за да оцелее от масивните щети, които могат да се получат от земетресения или катастрофиращ реактивен самолет [източник: Wald].

Тези вторични ограничителни структури са необходими, за да се предотврати изтичането на радиационна / радиоактивна пара в случай на авария. Липсата на вторични сдържащи структури в руските атомни централи позволи на радиоактивните материали да избягат в Чернобил [източник: Солсбъри].

Работниците в контролната зала в атомната електроцентрала могат да наблюдават ядрения реактор и да предприемат действия, ако нещо се обърка. Ядрените съоръжения също обикновено разполагат с периметри на сигурността и добавен персонал, който помага да се защитят чувствителни материали.

Както вероятно знаете, ядрената енергия има своя дял от критиците, както и от своите привърженици. На следващата страница ще разгледаме набързо някои от плюсовете и минусите на разделянето на атом, за да поддържат телевизорите и тостерите на всички да работят.

Плюсовете и минусите на ядрената енергия

В това хранилище близо до площадката на атомната електроцентрала в Чернобил понастоящем се съхраняват ядрени отпадъци.

В това хранилище близо до площадката на атомната електроцентрала в Чернобил понастоящем се съхраняват ядрени отпадъци.

Кое е най-голямото предимство на ядрената енергия? Не зависи от изкопаемите горива и не се влияе от колебанията в цените на петрола и газа. Електроцентралите за въглища и природен газ отделят въглероден диоксид в атмосферата, което допринася за климатичните промени. При ядрените централи емисиите на CO2 са минимални, въпреки че добивът на уран, изграждането на реактори, транспортирането на гориво и други части от ядрената енергия генерират парникови газове [източник: Lenzen].

Според Института за ядрена енергия, произведената от световните ядрени централи енергия обикновено би генерирала 2,2 милиарда тона (2 милиарда метрични тона) CO2 годишно, ако зависят от изкопаеми горива. Всъщност правилно функциониращата атомна електроцентрала всъщност изпуска в атмосферата по-малко радиоактивност от електроцентралата с въглища. Това е така, когато при изгарянето на въглищата за електричество се отделя мухата пепел (която съдържа много концентрирани количества уран и торий). Тази летяща пепел има 100 пъти повече радиоактивност от радиоактивността, отделена от атомна електроцентрала, произвеждаща същото количество енергия [източник: Hvistendahl]. Плюс това, ядрената енергия се доставя с далеч по-лека нужда от гориво. Ядреният делене произвежда приблизително милион пъти повече енергия на единица тегло от изкопаеми горива [източник: Хелман].

Но има и много негативи. В исторически план добивът и пречистването на уран не е бил много чист процес. Дори транспортирането на ядрено гориво до и от инсталации представлява риск от замърсяване. И след като горивото се изразходва, не можете просто да го хвърлите на градското сметище. Все още е радиоактивно и излагането на тези отпадъци може да причини радиационна болест, рак или дори смърт, в зависимост от това колко радиация поглъщате [източник: Ретнер]. Според американската Служба за отчетност на правителството, САЩ са натрупали 88 185 тона (80 000 метрични тона) ядрени отпадъци, генерирани от електроцентрали, повечето от които все още се съхраняват на обекти на дружества, тъй като федералното правителство се бори да намери по-добро решение.

И сякаш това не е достатъчно лошо, атомните централи произвеждат много радиоактивни отпадъци с ниско ниво под формата на покривки за обувки, изтриване на парцали, оборудване и други материали [източник: NRC].

Ядрена катастрофа и изключване на реактора

Поглед върху последствията от най-голямото земетресение в историята и последвалото цунами, което разкъса Япония и доведе до ядрената й катастрофа.

Поглед върху последствията от най-голямото земетресение в историята и последвалото цунами, което разкъса Япония и доведе до ядрената й катастрофа.

Не забравяйте, че в основата на всеки ядрен реактор е контролирана среда на радиоактивност и индуцирано делене. Когато тази среда излезе извън контрол, резултатите могат да бъдат катастрофални.

Дълги години катастрофата в Чернобил беше най-лошият пример за ядрена неизправност. През 1986 г. украинският ядрен реактор експлодира, изхвърляйки 50 тона (45 метрични тона) радиоактивен материал в околността, замърсявайки милиони декари гора. Катастрофата принуди преместването на 150 000 души и в крайна сметка доведе хиляди да умрат от рак и други заболявания [източник: History.com].

Чернобил е лошо проектиран и неправилно експлоатиран. Заводът се нуждаеше от постоянно човешко внимание, за да предпази реактора от неизправност. И все пак дори добре проектираната ядрена централа е податлива на природни бедствия.

В петък, 11 март 2011 г., Япония претърпя най-голямото земетресение в съвременната история. Програмиран отговор в ядреното съоръжение на Фукушима-Даичи незабавно се спусна върху всички контролни пръти на реактора, като изключи всички реакции на делене в рамките на 10 минути. За съжаление обаче не можете да изключите цялата радиоактивност с превключване на превключвател.

Както проучихме на предишната страница, ядрените отпадъци продължават да генерират топлина години след първоначалното си пускане в електроцентрала. По същия начин, в рамките на първите няколко часа след спирането на ядрения реактор, той продължава да генерира топлина от процеса на гниене.

Земетресението през март 2011 г. предизвика смъртоносно цунами, което унищожи резервните дизелови генератори, които захранваха помпите с водна охлаждаща течност, към които съоръжението се беше обърнало, след като не можа да получи енергия от мрежата на Япония. Тези помпи циркулират вода през реактора, за да отстранят разпадащата се топлина. Без циркулация температурата на водата и налягането на водата вътре в реактора продължиха да се повишават. Освен това радиационното лъчение започва да разделя водата на кислород и летлив водород. Получените водородни експлозии нарушиха стоманените панели на сградата на реактора [източник: World-Nuclear.org].

Най-просто казано, съоръжението Фукушима-Даичи имаше много противодействия за спиране на операции в случай на тежка сеизмична активност. Те просто не разчитаха да загубят мощност на своите помпи за охлаждаща течност.

Заводи като японското съоръжение Фукушима-Даичи, руският Чернобил и островът на Три мили в САЩ остават черно око за ядрената енергетика, често засенчвайки някои от екологичните предимства, които технологията може да предложи.

Последна редакционна актуализация на 31 август 2018 г. 02:50:19.


Видео Добавка: "Без формат" - НЛО и ядрените оръжия.




Изследване


Внимавайте: Този Робот Може Да Работи След Вас
Внимавайте: Този Робот Може Да Работи След Вас

Супи-Нагоре Бронирана Кола Превишава Световния Рекорд Със Скорост 100 Mph
Супи-Нагоре Бронирана Кола Превишава Световния Рекорд Със Скорост 100 Mph

Наука Новини


Ниско Плъх Гризе И Дъвче Към Върха На Света На Гризачите
Ниско Плъх Гризе И Дъвче Към Върха На Света На Гризачите

Защо Този Зоологически Лъв Уби Уби Бащата На Малките Си?
Защо Този Зоологически Лъв Уби Уби Бащата На Малките Си?

Най-Добрият Начин За Поддържане На Теглото
Най-Добрият Начин За Поддържане На Теглото

Физиката На Loudmouths: Защо Някои Гласове Носят?
Физиката На Loudmouths: Защо Някои Гласове Носят?

Как Те Духат: Тайните На Гейзерите На Йелоустоун
Как Те Духат: Тайните На Гейзерите На Йелоустоун


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com