Нуклеарне електране користе прозрачну енергију и стављају је у употребу за погон генератора који производе електричну енергију. Иако нуклеарна енергија доприноси само око 20 посто електричне енергије произведене у Сједињеним Државама, нуклеарни капацитет нације је највиши од било које друге земље - 101 гигавата у 2010. години.
Заједничке компоненте нуклеарне енергије
Нуклеарни реактори имају заједничке елементе:
Гориво - Уранијум, радиоактивна, тешка метална руда, најчешће је гориво за нуклеарне реакторе. Након процеса обогаћивања, уранијум постаје врло концентрирано гориво.
Комерцијални нуклеарни реактор захтева хиљаде килограма обогаћеног урановог горива за рад. Цивилне нуклеарне електране у САД купују око 50 милиона фунти уранијума (У3О8 еквивалент) годишње, од којих већина долази из иностранства.
Уранијум је миниран на локацијама широм света, првенствено у Казахстану, Канади, Аустралији и Африци. Сједињене Државе су међу првих десет произвођача уранијума.
Контролне шипке - Направљене од материјала који апсорбује неутрон, као што су кадмијум, хафниј или бор, контролне шипке се убацују или повлаче из језгре како би контролисали брзину реакције или да га зауставе ако је потребно.
Модератор - Материјал у језгру реактора који успорава неутроне ослобођене од цепања, тако да узрокују више фисије.
Модератор је обично обична (лагана) вода, али може бити тешка вода (Д20) или графит.
Цоолант - течност или гас који циркулише кроз језгру да пренесе топлоту из њега. У реакторима лаке воде, модератор воде такође функционише као примарни расхладни флуид.
Задржавање - Нуклеарни реактори су обложени у јако армираним бетонским конструкцијама како би се спречило избацивање радиоактивности у атмосферу.
Основни процес нуклеарне енергије
Нуклеарна физика је веома техничка, али основни процес за производњу електричне енергије нуклеарном енергијом је следећи:
Реакторско језгро ствара топлоту и радиоактивност у процесу под називом фисион, познат као атомско раздвајање. У језгру реактора је уранијумско нуклеарно гориво. Као језгра уранијума, они ослобађају неутроне. Када су неутрони погодили друге атоме урана, та језгра се такође раздвајају, ослобађајући њихове неутроне да удари у друге атоме, узрокујући више фисије. Ово континуално раздвајање атома је ланчана реакција.
Топлина од контролисаних реакција цијеви се користи за производњу паре из воде, било директно као у реактору за кључање воде (БВР), или индиректно као у реактору воденог притиска (ПВР), који садржи генератор паре.
Пара управља турбином која управља генератором.
Генератор производи електричну енергију која се дистрибуира електричној мрежи.
Врсте нуклеарних реактора
Широм света, користе се различити типови нуклеарних реактора. Међутим, најчешћи типови су водени реактори (ПВР) и реактори кључалне воде (БВР) под притиском, који су класификовани као реактори лаке речне воде. У Сједињеним Државама, ПВР и БВР су једине две врсте комерцијалних нуклеарних електрана у раду.
- Реактор за кључање воде (БВР) - У овом реактору, фисија производи топлоту која врео воду у језгру реактора. Парном водом из вреле воде моће турбина која погони генератор за производњу електричне енергије. Реактори у сјевероисточној јапанској фабрици Фукусхима Наиисхи, оштећени у марту 2011. године, и земљотреса и цунамија су БВР.
- Реактор воде под притиском (ПВР) - Овај тип реактора је најчешћи за производњу енергије. Он користи воду као течност за хлађење и модератор, средство које помаже у контроли брзине фисије. У затвореном систему примарне расхладне течности вода која се загрева топлотном енергијом од фисије док пролази кроз језгру држи се под високим притиском и стога не врео. Стеам се производи у секундарној петљи за хлађење и користи се за напајање турбине која погони електрични генератор.
- ЦАНДУ и модерне реакторе у тешким водама - Ови модели користе тешку воду као модератор. Тешка вода - са деутеријумом који замењује два атома водоника - модератор успорава неутроне у процесу фисије и омогућава коришћење природног уранијума, а не обогаћеног уранијума као горива.
- Модуларни реактор кречњака - реактор високог температуре који користи хелиум расхладно средство и гориво затворено у сферама графита и силицијум карбида како би се осигурало задржавање фисијског производа и отпорност на топљење.