Нуклеарните централи ја искористуваат енергијата ослободена од фисија и ја ставаат во употреба за да ги придвижат генераторите кои произведуваат електрична енергија. Иако нуклеарната енергија придонесува само околу 20 проценти од електричната енергија произведена во САД, нуклеарниот капацитет на нацијата е највисок во секоја друга земја - 101 гигават во 2010 година.
Заеднички компоненти на нуклеарната енергија
Нуклеарните реактори имаат заеднички елементи:
Гориво - Ураниум, радиоактивна, хеви метална руда, е најчестото гориво за нуклеарните реактори. По процесот на збогатување, ураниумот станува многу концентрирано гориво.
Комерцијалниот нуклеарен реактор бара илјадници килограми збогатен ураниум за да работи. Цивилните нуклеарни централи во САД купуваат околу 50 милиони фунти ураниум (U3O8 еквивалент) гориво годишно, од кои поголемиот дел доаѓа од странство.
Ураниумот е миниран на локации ширум светот, првенствено во Казахстан, Канада, Австралија и Африка. САД се меѓу првите 10 производители на ураниум.
Контролни прачки - направени од материјал што апсорбира неутрони како кадмиум, хафниум или бор, контролни прачки се вметнуваат или се повлекуваат од јадрото за да ја контролираат брзината на реакција или да го запрат ако е потребно.
Модератор - Материјал во јадрото на реакторот што ги успорува неутроните ослободени од фисија и предизвикуваат повеќе фисија.
Модераторот е обично обична (лесна) вода, но може да биде тешка вода (D20) или графит.
Течност за ладење - течност или гас што циркулира низ јадрото за да ја пренесат топлината од него. Во реакторите за лесна вода, модераторот на вода, исто така, функционира како примарна течност за ладење.
Задржување - нуклеарните реактори се затворени во силно армирано-бетонски конструкции за да се спречи избегнување на радиоактивност во атмосферата.
Основен процес на нуклеарна енергија
Нуклеарната физика е многу техничка, но основниот процес за производство на електрична енергија со нуклеарна енергија е како што следува:
Реакторското јадро произведува топлина и радиоактивност во процес наречен фисија, попозната како разделување на атоми. Внатре во јадрото на реакторот е ураниумското нуклеарно гориво. Како што јадрото на ураниумот се дели, тие ослободуваат неутрони. Кога неутроните погодија други атоми на ураниум, тие јадра се раздвојуваат, ослободувајќи ги своите неутрони за да нападнат други атоми, предизвикувајќи повеќе фисија. Ова континуирано раздвојување на атомот е верижна реакција.
Топлината од контролираните реакции на фисија се користи за производство на пареа од вода, или директно како во реакторот на врела вода (BWR), или индиректно како во реакторот за вода под притисок (PWR), кој содржи генератор на пареа.
Пареата управува со турбина со моќен генератор.
Генераторот произведува електрична енергија која се дистрибуира до електричната мрежа.
Типови на нуклеарен реактор
Во светот, се користат разни видови нуклеарни реактори. Меѓутоа, најчестите видови се реакторите за вода под притисок (PWR) и реакторите со вриење (BWR), кои се класифицирани како реактори за лесна вода. Во САД, PWR и BWR се единствените два вида на комерцијални нуклеарни централи во функција.
- Реактор на врела вода (BWR) - Во овој тип на реактор, фисија создава топлина што врие вода во јадрото на реакторот. Пареата од вриената вода ја придвижуваат турбината која вози генератор за производство на електрична енергија. Реакторите во фабриката Фукушима Наиши, североисточно од Јапонија, оштетени во земјотресот и цунамито во март 2011 година, се БВР.
- Реактор за вода под притисок (PWR) - Овој тип реактор е најчест за производство на енергија. Таа користи вода како средство за ладење и модератор, агент кој помага во контролата на брзината на фисија. Во затворениот систем за прскање на основно, водата, загреана од топлинска енергија од фисија додека поминува низ јадрото, се одржува под висок притисок и затоа не се вари. Пареата се произведува во секундарна јамка за ладење и се користи за напојување на турбина која вози електричен генератор.
- CANDU и реактори со тешка вода - Овие дизајни користат тешка вода како модератор. Тешката вода - со деутериум што ги заменува двата водородни атоми - како модератор ги успорува неутроните во процесот на фисија и овозможува користење на природен ураниум, наместо збогатен ураниум како гориво.
- Модуларен реактор од шумски кревети - реактор со висока температура кој користи средство за хелиум и гориво спакувано во сфери на графит и силициум карбид, со цел да се обезбеди задржување на продуктот на фисија и отпорност на излачувањето.