ბირთვული ელექტროსადგურები ახდენენ გაჟონვის მიერ გათავისუფლებულ ენერგიას და განაპირობებენ ელექტროენერგიის გამომუშავების გენერატორებს. მიუხედავად იმისა, რომ ბირთვული ენერგია მხოლოდ შეერთებულ შტატებში წარმოქმნილი ელექტროენერგიის დაახლოებით 20% -ს შეადგენს, ერის ბირთვული სიმძლავრე ყველაზე მაღალია - 2010 წელს 101 გიგატატი.
ბირთვული ენერგიის საერთო კომპონენტები
ბირთვულ რეაქტორებს აქვთ ეს კომპონენტები საერთოში:
საწვავი - ურანი, რადიოაქტიური, მძიმე ლითონის საბადო, არის ყველაზე გავრცელებული საწვავი ბირთვული რეაქტორებისათვის. გამდიდრების პროცესის შემდეგ, ურანი ხდება ძალიან კონცენტრირებული საწვავი.
კომერციული ბირთვული რეაქტორის მუშაობისთვის საჭიროა გამდიდრებული ურანის საწვავის ათასობით ფუნტი. აშშ-ში სამოქალაქო ატომური ელექტროსადგურების შეძენა დაახლოებით 50 მილიონი ფუნტი ურანის (U3O8 ეკვივალენტური) საწვავის ყოველწლიურად ყიდულობს, რომელთა უმეტესობა საზღვარგარეთიდან მოდის.
ურანონი დანაღმულია მსოფლიოს მასშტაბით, ძირითადად ყაზახეთში, კანადაში, ავსტრალიასა და აფრიკაში. ამერიკის შეერთებული შტატები ურანის ტოპ 10 მწარმოებლებს შორისაა.
საკონტროლო წნელები - ნეიტრონ-შთამნთქმელი მასალისგან დამზადებული, როგორიცაა კადმიუმი, ჰოფნიუმი, ან ბორინი, საკონტროლო წნელები ჩანერგილია ან ამოღებულია ბირთვიდან რეაქციის სიხშირის კონტროლი ან საჭიროების შემთხვევაში შეჩერება.
მოდერატორი - ნივთიერება რეაქტორი ბირთვში, რომელიც დაემატება ნეიტრონების გამონაყარს, რის გამოც ისინი იწვევენ უფრო მეტ ფსონს.
მოდერატორი ჩვეულებრივ ჩვეულებრივი (მსუბუქი) წყალია, მაგრამ შეიძლება იყოს მძიმე წყალი (D20) ან გრაფიტი.
გამაგრილებელი - თხევადი ან გაზი, რომელიც ბრუნავს ბირთვის მისგან სითბოს გადატანას. სინათლის წყლის რეაქტორები, წყლის მოდერატორი ასევე ფუნქციონირებს როგორც პირველადი გამაგრილებლის.
შეკავება - ბირთვული რეაქტორები აკრძალულია მკაცრად ბეტონის სტრუქტურებში, რათა თავიდან იქნას აცილებული რადიოაქტივობა ატმოსფეროში.
ბირთვული ენერგიის ძირითადი პროცესი
ბირთვული ფიზიკა ძალიან ტექნიკურია, მაგრამ ბირთვული ენერგიით ელექტროენერგიის წარმოების ძირითადი პროცესია:
რეაქტორი ბირთვი აწარმოებს სითბოს და რადიოაქტიურობას პროცესში სახელწოდებით, რომელიც ცნობილია როგორც ატომის გაყოფა. რეაქტორის შიგნით არის ურანის ბირთვული საწვავი. ურანის გაყოფილი ბირთვების მსგავსად ისინი ნეიტრონებს გაათავისუფლებენ. როდესაც ნეიტრონებს სხვა ურანის ატომების მოტეხილობა მოჰყვა, ამ ბირთვებმა ასევე გაანადგურეს თავიანთი ნეიტრონები, გაათავისუფლონ სხვა ატომები და იწვევდნენ უფრო მეტ ფაზას. ეს უწყვეტი ატომის გაყოფა არის ჯაჭვური რეაქცია.
კონტროლირებადი რეზისტრირების შედეგად გამოწვეული სითბოს გამოყენება გამოიყენება წყლის ორთქლის წარმოქმნისას, ან პირდაპირ როგორც მდუღარე წყლის რეაქტორი (BWR), ან ირიბად, როგორც შრის წყლის რეაქტორი (PWR), რომელიც შეიცავს ორთქლის გენერატორს.
ორთქლის დრაივი ტურბინის, რომელიც უფლებამოსილებას გენერატორი.
გენერატორი აწარმოებს ელექტროენერგიას, რომელიც ელექტროენერგიის ქსელში ვრცელდება.
ბირთვული რეაქტორის ტიპები
მსოფლიოში გამოიყენება სხვადასხვა სახის ბირთვული რეაქტორები. თუმცა ყველაზე გავრცელებული ტიპისაა წყლის რეაქტორები (PWR) და მდუღარე წყლის რეაქტორები (BWR), რომლებიც კლასიფიცირებულია როგორც სინათლის წყლის რეაქტორი. შეერთებულ შტატებში, PWR და BWR არის მხოლოდ ორი ტიპის კომერციული ატომური ელექტროსადგურების ექსპლუატაციაში.
- მდუღარე წყლის რეაქტორი (BWR) - ამ ტიპის რეაქტორი, fission აწარმოებს სითბოს, რომ boils წყლის reactor core. დუღილი მდუღარე წყალში ტურბინას, რომელიც ელექტროენერგიის გამომუშავების გენერატორს ატარებს. 2011 წლის მარტში მიწისძვრის და ცუნამის შედეგად დაზიანდა იაპონიის ჩრდილო-აღმოსავლეთ იაპონიის ფუკუსიმა ნიაიშის ქარხანა.
- პრუსიული წყლის რეაქტორი (PWR) - ენერგიის გამომუშავების ყველაზე გავრცელებული რეაქტორი. იგი იყენებს წყალს, როგორც გამაგრილებელ და მოდერატორს, აგენტი, რომელიც ხელს უწყობს გაკონტროლების სიჩქარეს. დახურული ძირითადი გამაგრილებელი სისტემის წყალში, თბური ენერგიით თბური ენერგიით გაჟღენთილი ბირთვის გადაადგილებისას, მაღალი წნევის ქვეშ იმყოფება და ამიტომ არ იტანს. ორთქლი იწარმოება მეორად გამაგრილებლის მარყუჟში და გამოიყენება ელექტროენერგიის ტურბინით, რომელიც ელექტროძრავის ტრანსპორტირებას ახდენს.
- CANDU და მძიმე წყალი ზომიერი რეაქტორები - ეს ნიმუშები გამოიყენებს მძიმე წყლის მოდერატორს. მძიმე წყალი - დეიტერიით, რომელიც ორი წყალბადის ატომს შეცვლის - როგორც მოდერატორი ნეიტრონების შემცირებას ახდენს დაშლის პროცესში და საშუალებას იძლევა ბუნებრივი ურანის გამოყენება, ვიდრე გამდიდრებული ურანი როგორც საწვავი.
- კენჭის საწოლი მოდულური რეაქტორი - მაღალტემპერატურული რეაქტორი, რომელიც გლუვიტისა და სილიკონის კარბიდის ჰიდროელექტროსადგურისა და საწვავის გამოყენებას გულისხმობს, რათა უზრუნველყოს ფისკალური პროდუქტის შეკავება და მდგრადობის წინააღმდეგობა.