19.7
Rozszczepienie jądra atomowego uwalnia dużą ilość energii cieplnej, umożliwiając wytwarzanie energii elektrycznej z turbiny parowej.
Paliwo jądrowe to zazwyczaj rozszczepialny nuklid, taki jak uran-235, który wytwarza średnio więcej niż jeden neutron na rozszczepienie. Neutrony prędkie uwalniane w wyniku rozszczepienia muszą być spowalniane przez moderatory neutronów, ponieważ neutrony termiczne najefektywniej rozpoczynają reakcje łańcuchowe w paliwie rozszczepialnym.
Woda jest dobrym moderatorem, ponieważ jądra wodoru i neutrony mają porównywalne rozmiary, co zapewnia, że neutrony tracą znaczną energię kinetyczną podczas zderzenia. Ciężka woda jest jeszcze lepsza, ponieważ deuter ma już neutron i jest mało prawdopodobne, aby wchłonął inny.
Moderatory działają również jako reflektor neutronów, utrzymując neutrony w jądrze w równomiernym rozkładzie energii.
Ponieważ spontaniczne rozszczepienie uranu-235 lub 238 jest nieprzewidywalne, w reaktorze instaluje się źródło neutronów, aby zapewnić kontrolowane zainicjowanie reakcji łańcuchowej.
Stan reakcji łańcuchowej jest opisany przez współczynnik mnożenia neutronów, k: stosunek liczby neutronów wytworzonych w wyniku rozszczepienia w pokoleniu do liczby neutronów wytworzonych w wyniku rozszczepienia w poprzednim pokoleniu.
Gdy k jest mniejsze niż 1, reaktor znajduje się w stanie podkrytycznym, a produkcja energii maleje. Gdy k wynosi 1, reaktor jest krytyczny, a moc wyjściowa jest stała. Gdy k jest większe niż 1, reaktor jest w stanie nadkrytycznym, a moc wyjściowa rośnie.
Reakcja łańcuchowa jest kontrolowana za pomocą prętów kontrolnych wykonanych z materiałów pochłaniających neutrony, takich jak bor lub kadm. W pełni umieszczone pręty kontrolne pochłaniają dużą liczbę neutronów, utrzymując reaktor w stanie podkrytycznym. Wycofanie prętów sterujących pozwala na pojawienie się coraz większej liczby rozszczepień.
Chłodziwo, takie jak woda, odprowadza ciepło z rdzenia reaktora, aby wytworzyć parę dla turbiny. Gdy reaktor się nagrzewa, neutrony poruszają się szybciej i jest mniej prawdopodobne, że spowodują rozszczepienia, co pomaga uniknąć przegrzania.
Rdzeń jest osłonięty materiałami takimi jak woda i grube warstwy betonu. Ogólna konstrukcja rdzenia i struktura obudowy zależą od konkretnego typu reaktora.
Do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystuje się kontrolowane reakcje rozszczepienia jądrowego. Każdy reaktor jądrowy wytwarzający energię w wynik…
Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.