Φίλοι του Τ.Μ.Θ.

  • Μεγαλύτερο μέγεθος γραμματοσειράς
  • Προκαθορισμένο μέγεθος γραμματοσειράς
  • Μικρότερο μέγεθος γραμματοσειράς

ΑΡΧΗ | Αποθήκευση όλων των δημοσιευμένων άρθρων | Πυρηνική ενέργεια - Πυρηνικοί Αντιδραστήρες

Πυρηνική ενέργεια - Πυρηνικοί Αντιδραστήρες

E-mail Εκτύπωση PDF

Το 1938 δύο Γερμανοί επιστήμονες, ο Otto Hahn και Fritz Strassman, ανακοίνωσαν πυρηνική διάσπαση βομβαρδίζοντας άτομα ουρανίου με νετρόνια. Οι επιστήμονες γρήγορα ανακάλυψαν πως η διαδικασία διάσπασης ελευθερώνει κατά μέσον όρο 2.5 νετρόνια, συγχρόνως με ένα τεράστιο ποσό ενέργειας.

Η ενέργεια αυτή βγαίνει από την απελευθέρωση της ενέργειας σύνδεσης των πυρήνων. Βρήκαν πως μόνο βαρέα ισότοπα είχαν την ικανότητα για διάσπαση. Από αυτά το Ουράνιο-235 και το Πλουτώνιο 239 ήταν τα πιό δημοφιλή για διάσπαση.

 Οι πυρήνες αυτών των ισοτόπων βρίσκονται σε μια πιο ψηλή ενεργητική κατάσταση. Όταν άτομα του U-235 ή Pu-239 απορροφούν ένα νετρόνιο γίνονται ασταθή, που οφείλεται στην περίσσεια ενέργειας και τότε σπάζουν σε αρκετά θραύσματα.

Τα προκύπτοντα θραύσματα όμως βρίσκονται σε μια διεγερμένη ενεργειακή κατάσταση, και την χάνουν με ραδιενεργές διασπάσεις. Αυτά τα θραύσματα είναι γνωστά σαν προϊόντα πυρηνικής διάσπασης και περιλαμβάνουν μια μεγάλη ποικιλία  ισοτόπων, όπως είναι το Cs-137, το Sr-90, το Xe-133, και το I-131.

Η πυρηνική ενέργεια δημιουργείται τιθασεύοντας την ενέργεια από την διάσπαση των U-235 για την δημιουργία θερμότητας. Επειδή τα προϊόντα της διάσπασης είναι πάλι ραδιενεργά, πρέπει αυτά να συγκρατηθούν. Το U-235 τυπικά είναι σε μορφή δισκίων, φορτώνεται σε μεγάλους σωλήνες κατασκευασμένους από ειδικά κράματα, που τακτοποιούνται σε δέσμες.

 

Για ασφαλή τιθάσευση της ενέργειας, στις εγκαταστάσεις της πυρηνικής ενέργειας πρέπει να ελέγχεται ο ρυθμός της διάσπασης. Κι αυτό κατορθώνεται εισάγοντας ειδικούς ελεγκτές ράβδους κατασκευασμένους από υλικό απορρόφησης νετρονίων για να αφαιρέσει τα επιπλέον νετρόνια. Τα υλικά αυτά απορροφούν τόσα νετρόνια ώστε να υπάρχει ένα νετρόνιο για κάθε άτομο που  διασπάται. Αυτό διατηρεί μια ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση, στο πυρηνικό αντιδραστήρα, και είναι γνωστό σαν έλεγχος κρίσιμης κατάστασης.

Το πυρηνικό καύσιμο και οι ελεγκτές ράβδοι περιέχονται σε ένα δοχείο-αντιδραστήρα που επιτρέπει σε νερό να ρέει μέσα στο δοχείο και να ψύχει το καύσιμο. Το νερό φυσικά θερμαίνεται σε πολύ ψηλή θερμοκρασία, και χρησιμοποιώντας ένα ειδικό εναλλάκτη θερμότητας, ο ατμός που δημιουργείται χρησιμοποιείται για να λειτουργεί μια τουρμπίνα. Έτσι τότε στρέφεται μια ηλεκτρική γεννήτρια.

Αρχή λειτουργίας του πυρηνικού αντιδραστήρα

Σε έναν τυπικό πυρηνικό αντιδραστήρα για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ο πυρήνας του αντιδραστήρα (reactor core) αποτελείται από 80 με 100 τόνους ουρανίου σε παραπάνω από 30 000 ράβδους καυσίμων.

Σχήμα 1 - Σύστημα τύπου PWR

Οι ράβδοι καυσίμων αποδίδουν τη θερμότητα που παράγουν στο νερό, σε μια σειρά ατμοπαραγωγών (μπόϊλερ) (σύστημα τύπου PWR, σχήμα 1) ή άμεσα (το δοχείο του αντιδραστήρα είναι και δοχείο ατμοπαραγωγής, σύστημα τύπου BWR, σχήμα 2). Ο ατμός συνεχίζει την πορεία του για την κίνηση ατμοστροβίλων (τουρμπίνες) που συνδέονται με μια ηλεκτρική γεννήτρια. Ακολουθεί ψύξη του κορεσμένου ατμού που εξέρχεται από τους ατμοστροβίλους, ο οποίος συμπυκνώνεται και διοχετεύεται και πάλι στο σύστημα. Ο διαχωρισμός του νερού ψύξης σε δακτυλίους συμβάλει στην

 

Σχήμα 2 - Σύστημα τύπου BWR,

 ελαχιστοποίηση του ρίσκου να φτάσει το μολυσμένο νερό στο περιβάλλον. Οι μεγάλες ποσότητες ατμού που βλέπουμε να εξέρχονται από τους πύργους ψύξης προέρχονται από κύκλωμα νερού ψύξης που είναι ανεξάρτητο από το σύστημα ατμοπαραγωγής. 

Ο παραγόμενος ηλεκτρισμός είναι του ιδίου τύπου με αυτόν που δημιουργείται με άλλους τρόπους, το λιγνίτη, το πετρέλαιο ή το φυσικό αέριο. Απλώς η διαφορά τους οφείλεται στην πηγή της θερμότητας που χρησιμοποιείται για να παράγει τον ατμό.

Η πυρηνική ενέργεια είναι μια καθαρή μορφή ενέργειας, από την άποψη ότι το ραδιενεργό υλικό παράγει πολύ περισσότερη ενέργεια συγκριτικά με τα ορυκτά καύσιμα. Από τα πυρηνικά εργοστάσια εκλύονται φυσικά λιγότερα αέρια του θερμοκηπίου απ' ό,τι από τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση ορυκτών καυσίμων.

Όμως η εξόρυξη του ουρανίου δεν είναι και πολύ καθαρή υπόθεση για το περιβάλλον. Τα κατάλοιπα από τα πυρηνικά εργοστάσια είναι τοξικά και δεν υπάρχει ασφαλής τρόπος για τη μόνιμη αποθήκευσή τους. Η μεταφορά του πυρηνικού καυσίμου ενέχει κινδύνους.

Φωτογραφία: Πυρηνικός σταθμός ενέργειας στο Κατενόμ της Γαλλίας. Μη ραδιενεργός ατμός εξέρχεται από τους ψυκτικούς πύργους

 

Σε πυρηνικά εργοστάσια τα οποία δεν έχουν κατασκευασθεί με τις προβλεπόμενες - απαραίτητες υποδομές ασφαλείας ή δεν συντηρούνται σωστά, ενδέχεται να σημειωθούν δυστυχήματα με καταστροφικές συνέπειες.

Σύμφωνα δε με μια πρόσφατη έρευνα της Βασιλικής Ακαδημίας της Βρετανίας η ενέργεια που παράγουν τα πυρηνικά εργοστάσια κοστίζει 0,156 ευρώ ανά KWh. Η ενέργεια που παράγουν εργοστάσια με φυσικό αέριο κοστίζει 0,249 ευρώ και με άνθρακα 0,228 ευρώ ανά KWh. Ένα δισκίο πυρηνικού καυσίμου διαμέτρου δύο εκατοστών παράγει την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που αποδίδει 1,5 τόνος άνθρακα.

 ΠΗΓΗ: PHYSICS 4U & WIKIPEDIA

  

Τελευταία Ενημέρωση στις Κυριακή, 29 Μάιος 2011 07:46  

ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ

ΜΕΓΑΛΕΣ ΑΝΑΚΑΛΥΨΕΙΣ

1911

Συνδέονται τα ρήγματα με τους σεισμούς.

Μαθητικο Συνεδριο Πληροφορικης

ΤVSpot Τεχνικού Μουσείου