วิธีการทำงาน: พลังงานนิวเคลียร์จากการแยกตัวของพลังงาน

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีเครื่องปฏิกรณ์ที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นปฏิกิริยาลูกโซ่ซึ่งเป็นกระบวนการที่แยกนิวเคลียสของอะตอมของยูเรเนียมอย่างต่อเนื่อง กระบวนการนี้ก่อให้เกิดพลังงานรังสีและความร้อนสูงมาก

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการแยกตัวและนำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า ถึงแม้ว่าพลังงานนิวเคลียร์จะมีส่วนแบ่งเพียงประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในสหรัฐอเมริกา แต่ความจุของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของประเทศยังอยู่ในระดับที่สูงที่สุดของประเทศอื่น ๆ - 101 กิกะวัตต์ในปี 2553

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีองค์ประกอบเหล่านี้ร่วมกัน:

เชื้อเพลิง

- ยูเรเนียมเป็นกัมมันตภาพรังสีแร่โลหะหนักเป็นเชื้อเพลิงที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ . หลังจากกระบวนการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมกลายเป็นเชื้อเพลิงที่เข้มข้นมาก

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในเชิงพาณิชย์ต้องใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมที่ร่ำรวยหลายพันปอนด์เพื่อให้สามารถใช้งานได้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์พลเรือนใน U. S. ซื้อแร่ยูเรเนียม (U3O8 เทียบเท่า) ประมาณ 50 ล้านปอนด์ต่อปีซึ่งส่วนใหญ่มาจากต่างประเทศ

ยูเรเนียมถูกขุดขึ้นในพื้นที่ต่างๆทั่วโลกโดยเฉพาะในคาซัคสถาน, แคนาดา, ออสเตรเลียและแอฟริกา สหรัฐอเมริกาเป็นหนึ่งใน 10 อันดับแรกของผู้ผลิตยูเรเนียม

แท่งควบคุม

- ทำจากวัสดุดูดซับนิวตรอนเช่นแคดเมียมฮาฟนีโอหรือโบรอนแท่งควบคุมจะถูกแทรกหรือถอนตัวออกจากแกนเพื่อควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาหรือเพื่อหยุดการทำงานหากจำเป็น

ผู้ตรวจสอบ - วัสดุที่อยู่ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งจะชะลอการปลดปล่อยนิวตรอนออกจากการแตกตัวเพื่อให้เกิดการแตกตัวมากขึ้น

ผู้ให้บริการมักจะเป็นน้ำธรรมดา (น้ำไฟ) แต่อาจเป็นน้ำหนัก (D20) หรือแกรไฟต์ น้ำหล่อเย็น

- ของเหลวหรือแก๊สที่ไหลเวียนผ่านแกนเพื่อถ่ายเทความร้อนจากมัน ในเครื่องทำน้ำอุ่นผู้ควบคุมน้ำยังทำหน้าที่เป็นสารทำความเย็นหลัก

การบรรจุ

- เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกฝังไว้ในโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กเพื่อป้องกันไม่ให้กัมมันตภาพรังสีหนีออกสู่ชั้นบรรยากาศ ขั้นตอนพื้นฐานของพลังงานนิวเคลียร์

ฟิสิกส์นิวเคลียร์เป็นเทคนิคมาก แต่ขั้นตอนพื้นฐานสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานนิวเคลียร์มีดังต่อไปนี้ แกนเครื่องปฏิกรณ์ผลิตความร้อนและกัมมันตภาพรังสีในกระบวนการที่เรียกว่าการแยกตัว อะตอมแยก ภายในแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ยูเรเนียม เมื่อนิวเคลียสของยูเรเนียมแยกตัวออกนิวตรอน เมื่อนิวตรอนชนอะตอมของยูเรเนียมอื่นนิวเคลียสเหล่านั้นก็แยกออกปล่อยนิวตรอนของพวกเขาเพื่อตีอะตอมอื่น ๆ ทำให้เกิดการแตกตัวมากขึ้น การแยกอะตอมต่อเนื่องเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่

ความร้อนจากปฏิกิริยาฟิชชันควบคุมถูกใช้เพื่อผลิตไอน้ำจากน้ำโดยตรงเช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR) หรือทางอ้อมเช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แรงดัน (PWR) ซึ่งมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไอน้ำ

ไอน้ำจะขับเคลื่อนกังหันที่ให้กำเนิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตกระแสไฟฟ้าที่กระจายไปยังกริดไฟฟ้า

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภท

ทั่วโลกใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบต่างๆ อย่างไรก็ตามชนิดที่พบมากที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์น้ำแบบแรงดัน (PWR) และเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR) ซึ่งจัดเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเบา ในสหรัฐอเมริกา PWR และ BWR เป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์เพียงสองประเภทที่ใช้งานได้

เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR)

- ในเครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้การเกิดฟิวชันจะเกิดความร้อนที่ทำให้น้ำเดือดในแกนเครื่องปฏิกรณ์ ไอน้ำจากน้ำเดือดช่วยให้กังหันขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์ที่โรงงาน Fukushima Naiishi ทางตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศญี่ปุ่นได้รับความเสียหายในเหตุแผ่นดินไหวและสึนามิเมื่อเดือนมีนาคม 2554 ได้แก่ BWRs

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง (PWR)

• - เครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้เป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตพลังงาน ใช้น้ำเป็นสารหล่อเย็นและ moderator ซึ่งเป็นตัวช่วยควบคุมความเร็วของการแตกตัว ในระบบหล่อเย็นปฐมภูมิที่ปิดสนิทน้ำที่ถูกให้ความร้อนด้วยพลังงานความร้อนจากการแยกตัวเมื่อผ่านแกนจะถูกเก็บไว้ภายใต้แรงดันสูงดังนั้นจึงไม่เดือด ไอน้ำถูกผลิตในห่วงหล่อเย็นแบบทุติยภูมิและใช้ในการขับเคลื่อนกังหันที่ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า CANDU และเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำหนัก
• - การออกแบบเหล่านี้ใช้น้ำหนักเป็น moderator น้ำหนัก - ด้วยดิวเทอเรียมแทนที่ทั้งสองอะตอมไฮโดรเจน - ในฐานะผู้ดูแลชะลอการเกิดนิวตรอนในกระบวนการฟิชชันและอนุญาตให้ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติมากกว่ายูเรเนียมที่อุดมไปด้วยเป็นเชื้อเพลิง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ pebble bed
• - เครื่องปฏิกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูงที่ใช้สารหล่อเย็นและเชื้อเพลิงฮีเลียมที่บรรจุอยู่ในแกรไฟต์และซิลิคอนคาร์ไบด์เพื่อให้แน่ใจได้ว่ามีการแยกตัวของผลิตภัณฑ์และความต้านทานต่อการล่มสลาย