Introduksjon til atomkraft fra fisjonskraft

Kjernekraftverk inneholder reaktorer som skaper kontrollert kjedereaksjonsfisjon, en prosess som kontinuerlig deler kjernene til uranatomer. Denne prosessen gir mye energi, stråling og svært høy varme.

Kjernekraftverk utnytter energien som frigjøres av fisjon og legger den til bruk for å drive generatorer som produserer elektrisitet. Selv om atomkraft bare bidrar til rundt 20 prosent av elektrisiteten som genereres i USA, er nasjonens kjernefysiske kapasitet det høyeste av alle andre land - 101 gigawatt i 2010.

Kjernereaktorer har disse komponentene til felles:

Brensel

- Uran, en radioaktiv tungmetallmalm, er det vanligste drivstoffet for atomreaktorer . Etter anrikningsprosessen blir uran et meget konsentrert drivstoff.

En kommersiell atomreaktor krever tusenvis av pounds av anriket uranbrensel for å kunne operere. Sivile atomkraftverk i USA kjøper ca 50 millioner pounds av uran (U3O8 ekvivalent) brensel årlig, hvorav de fleste kommer fra utlandet.

Uran blir utvunnet på steder over hele verden, hovedsakelig i Kasakhstan, Canada, Australia og Afrika. USA er blant de ti beste produsentene av uran.

Kontrollstenger

- Fremstilt fra et nøytronabsorberende materiale som kadmium, hafnium eller bor, settes kontrollstavene inn eller trekkes ut fra kjernen for å kontrollere reaksjonshastigheten eller å stoppe det om nødvendig.

Moderator - Materiale i reaktorkjernen som senker nøytronene frigjort fra fisjon, slik at de gir mer fisjon.

Moderatoren er vanligvis vanlig (lett) vann, men kan være tungt vann (D20) eller grafitt.

Kjølevæske

- Væske eller gass som sirkulerer gjennom kjernen for å overføre varmen fra den. I lette vannreaktorer fungerer vannet moderatoren også som det primære kjølevæsken.

Innesluting - Kjernereaktorer er innkapslet i tungt betongkonstruksjoner for å hindre at radioaktiviteten kommer ut i atmosfæren.

Kjernefysikkens kjernekraft Kjernefysikk er meget teknisk, men den grunnleggende prosessen for å produsere elektrisitet med atomkraft er som følger:

Reaktorkjernen produserer varme og radioaktivitet i en prosess kalt fisjon, kjent som atom-splitting. Inne i reaktorkjernen er uran kjernekraft. Som kärnene i uranen splittes, frigjør de nøytroner. Når nøytronene treffer andre uranatomer, deles disse kjernene også og frigjør nøytronene for å slå andre atomer, noe som forårsaker mer fisjon. Denne kontinuerlige atom-splitting er en kjedereaksjon.

Varmet fra kontrollerte fissjonsreaksjoner brukes til å produsere damp fra vann, enten direkte som i kokende vannreaktoren (BWR), eller indirekte som i trykkvannreaktoren (PWR), som inneholder en dampgenerator.

Dampen driver en turbin som driver en generator.

Generatoren produserer strøm som distribueres til strømnettet.

Nuclear Reactor Types

Over hele verden brukes ulike typer kjernekraftreaktorer. Imidlertid er de vanligste typene trykkreaktorer (PWR) og kokende vannreaktorer (BWR), som er klassifisert som lette vannreaktorer. I USA er PWR og BWR de eneste to typer kommersielle kjernekraftverk i drift.

Kokende vannreaktor (BWR)

- I denne typen reaktor produserer fisjon varme som koiler vann i reaktorkjernen. Damp fra kokende vann driver en turbin som driver en generator for å produsere strøm. Reaktorene i nordøst-Japans Fukushima Naiishi-anlegg skadet i jordskjelvet og tsunamien i mars 2011 er BWR.

• Trykkvannreaktor (PWR) - Denne typen reaktor er den vanligste for å produsere energi. Det bruker vann som kjølevæske og moderator, en agent som bidrar til å kontrollere fisjonenes hastighet. I det lukkede primære kjølevæskesystemet holdes vannet, oppvarmet av termisk energi fra fisjon under passering gjennom kjernen, holdt under høyt trykk og koker derfor ikke. Damp er produsert i en sekundær kjølevæskesløyfe og brukes til å drive en turbin som driver en elektrisk generator.
• CANDU og tungvann modererte reaktorer - Disse designene bruker tungt vann som moderator. Det tunge vannet - med deuterium som erstatter de to hydrogenatomene - som moderator bremser nøytroner i fisjonsprosessen og tillater bruk av naturlig uran, i stedet for anriket uran som drivstoff.
• Modulær reaktor med køyesenger - En høytemperaturreaktor som bruker heliumkjølemiddel og drivstoff innkapslet i kuler av grafitt og silisiumkarbid for å sikre fisjonsproduktinnhold og motstand mot smelting.