Ядерная энергия, чистый и надежный источник энергии, ежедневно питает миллионы американских домов. Этот процесс с нулевым уровнем выбросов, возникающий в результате ядерного деления, включает расщепление атомов урана для производства тепла и поддержания реакции. Современные ядерные исследования сосредоточены на совершенствовании конструкции реакторов и топливной эффективности для устойчивого удовлетворения глобальных энергетических потребностей.
Что такое ядерная энергия?
Ядерная энергетика является крупнейшим в мире и самым надежным источником экологически чистой энергии, и каждый день она снабжает электричеством дома десятков миллионов жителей Америки. Для борьбы с изменением климата миру потребуются новые и более эффективные способы использования этого источника энергии, который производится ядерными реакторами посредством процесса, при котором не образуется парниковых газов. Но как ядерные реакторы выдают столько энергии без выбросов? — Все начинается с жары.
Роджер Бломквист, главный инженер-ядерщик отдела ядерной техники, занимается анализом ядерной энергии — крупнейшего и наиболее надежного в мире источника чистой энергии. Десятки миллионов жителей Америки каждый день полагаются на ядерную энергию для производства электроэнергии, питающей их дома. Процесс преобразования ядерной энергии в электричество начинается в ядерном реакторе. В реакторе атомы элемента, известного как уран, расщепляются, выделяя тепло. Это тепло используется для выработки пара, а затем пар используется для вращения ветряной турбины, которая, в свою очередь, производит электроэнергию. По сравнению со сжиганием топлива, процесс производства ядерной энергии не выделяет углекислый газ, сажу или другие вредные химические вещества, что делает его источником энергии с нулевым уровнем выбросов.
Тепло выделяется в ядерном реакторе при расщеплении атомов — процессе, известном как деление. Атомы, строительные блоки материи, состоят из трех частиц — нейтронов и протонов, которые связаны друг с другом, образуя так называемое ядро. атоми электроны, которые представляют собой отрицательно заряженные частицы, вращающиеся вокруг ядра.
Ядерные реакторы расщепляют атомы урана, умеренно радиоактивного элемента, с образованием тепла. Этот процесс выделяет тепло и нейтроны. Некоторые из этих нейтронов сталкиваются с другими атомами урана, вызывая их деление, что поддерживает ядерную реакцию.
Все эти серии реакций деления происходят внутри части ядерного реактора, известной как топливный стержень, — длинной заваренной цилиндрической трубки, содержащей уран. Топливная сборка представляет собой упакованный пучок из 100–200 таких стержней. Вся активная зона реактора состоит из сотен топливных сборок, упакованных в большой цилиндр, поэтому в активной зоне реактора обычно находятся десятки тысяч топливных стержней.
Фото: Аргоннская национальная лаборатория.
На типичной атомной электростанции вода течет по топливным стержням активной зоны реактора, охлаждая их. Это тепло повышает температуру воды, заставляя ее превращаться в пар. Этот пар направляется в турбину, подключенную к генератору. Давление пара заставляет турбину вращаться, как ветряная мельница. Генератор, как и все другие генераторы электроэнергии, использует механическое движение турбины для выработки электроэнергии. Наконец, после прохождения через турбину пар охлаждается, превращая его обратно в воду, чтобы его можно было использовать снова. В отличие от сжигания ископаемого топлива, при делении не выделяется углекислый газ, сажа или другие вредные химические вещества, поэтому он является источником энергии с нулевым уровнем выбросов.
Хотя двумя наиболее распространенными типами являются реактор с водой под давлением (PWR) и реактор с кипящей водой (BWR), были разработаны новые конструкции ядерных реакторов. Разработка ядерных реакторов продолжается и сегодня, поскольку эти и новые передовые реакторные технологии могут помочь удовлетворить растущие мировые потребности в энергии. не способствуя глобальному потеплению. В авангарде развития ядерной энергетики находятся такие лаборатории, как Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США (DOE).
При поддержке Министерства энергетики ученые Аргонны исследуют новые конструкции реакторов и технологии переработки топлива, которые могут повысить безопасность, сделать работу АЭС более эффективной, сократить количество ядерных отходов и сократить время и затраты на строительство. Их работа основана на многолетнем наследии ядерных исследований, на основе которого была основана лаборатория. Начиная с 1940-х годов, Аргонн лидировал в разработке мирного использования ядерной энергии. Пока Аргонн исследует, проектирует и экспериментирует сформировать основу Из всех коммерческих ядерных реакторов, используемых сегодня, его исследователи также находятся в авангарде новых разработок для реакторов следующего поколения.
Фото: Аргоннская национальная лаборатория.
Что такое ядерная энергия?
Надежный, чистый источник энергии, который может сыграть жизненно важную роль в декарбонизации экономики США.
Уран в ядерном реакторе выделяет тепло при расщеплении или делении, что происходит, когда хрупкое атомное ядро урана-235 (U-235) сталкивается с нейтроном. В то же время в результате деления образуется несколько нейтронов, которые могут вызвать еще больше делений, обеспечивая плавную и стабильную подачу тепла, которое используется для производства электричества. Огромное количество тепла – и, в свою очередь, электричества – производится с использованием чрезвычайно малого количества топлива.