Откуда берется ядерная энергия? Научные основы ядерной энергетики

Откуда берется ядерная энергия? Научные основы ядерной энергетики

pixabay.com

Ядерная энергия - это форма энергии, которая высвобождается из ядра, центральной части атомов, состоящей из протонов и нейтронов. Источником этой энергии могут быть два физических процесса: деление, когда ядра атомов расщепляются, и синтез, когда ядра соединяются.

Ядерная энергия, которая сегодня используется во всем мире для выработки электроэнергии, производится путем деления ядер, в то время как технология выработки электроэнергии на основе термоядерного синтеза все еще находится на стадии исследований и разработок. В этой статье более подробно описано - Что такое ядерная энергия?

Что такое ядерное деление?
Ядерное деление - это реакция, при которой атомное ядро расщепляется на два или более меньших ядра с выделением энергии.

Например, ядро атома урана 235 при попадании в него нейтрона расщепляется на ядро бария и ядро криптона и еще два или три нейтрона. Эти дополнительные нейтроны сталкиваются с другими ядрами урана 235 поблизости, которые также делятся и производят дополнительные нейтроны с множительным эффектом, создавая цепную реакцию в течение доли секунды.

При каждой реакции выделяется энергия в виде тепла и излучения. Подобно тому, как тепло ископаемого топлива, такого как уголь, газ и нефть, используется для выработки электроэнергии, на атомной электростанции эта тепловая энергия может быть преобразована в электричество.

Как работает атомная электростанция?
В реакторе атомной электростанции ядерная цепная реакция, в которой чаще всего используется топливо из урана-235, локализована и контролируется соответствующим оборудованием, при этом в результате деления выделяется тепло. Это тепло используется для нагрева теплоносителя реактора, обычно воды, для производства пара. Затем пар направляется в турбины, которые вращаются и приводят в действие электрогенератор, вырабатывая электроэнергию без выброса углекислого газа.

Добыча, обогащение и утилизация урана
Уран - это металл, встречающийся в горных породах по всему миру. Уран имеет несколько природных изотопов, которые представляют собой формы элемента, отличающиеся по массе и физическим свойствам, но обладающие одинаковыми химическими свойствами. Уран имеет два основных изотопа: уран-238 и уран-235. Уран-238 составляет большую часть мировых запасов урана, но не способен к цепной реакции деления, в то время как уран-235 может быть использован для получения энергии, способной к делению, но составляет менее 1% мировых запасов урана.

Для того чтобы увеличить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить количество содержащегося в нем урана-235 с помощью процесса, называемого обогащением урана. После обогащения урана он может эффективно использоваться в течение трех-пяти лет в качестве ядерного топлива на атомных электростанциях, после чего он остается радиоактивным и должен быть утилизирован в соответствии со строгими правилами защиты людей и окружающей среды. Отработанное топливо, называемое отработанным, также может быть переработано в другое топливо, которое может быть использовано в качестве нового топлива для специальных атомных электростанций.

Что такое ядерный топливный цикл?
Ядерный топливный цикл - это многоступенчатый производственный процесс, необходимый для выработки электроэнергии с использованием урана в ядерных реакторах. Этот цикл начинается с добычи урана и заканчивается захоронением радиоактивных отходов.

Обращение с радиоактивными отходами
Радиоактивные отходы составляют лишь небольшую часть от общего количества отходов. Он является побочным продуктом миллионов медицинских процедур, проводимых каждый год, использования радиации в промышленности и сельском хозяйстве, а также работы ядерных реакторов, которые вырабатывают около 10% электроэнергии в мире.