§ 64 Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию
Ядерный реактор — это установка, в которой осуществляется контролируемая цепная реакция деления ядер. Главная задача реактора состоит в том, чтобы поддерживать количество нейтронов на нужном уровне, обеспечивая стабильное течение реакции: не слишком быстрое (чтобы избежать взрыва) и не слишком медленное (чтобы реакция не затухла).
В качестве ядерного топлива обычно применяют уран-235, предварительно обогащённый до 3–5%, потому что в природном уране его всего около 0,7%. Для того чтобы деление проходило эффективно, нейтроны должны быть замедлены до низких энергий. Поэтому в реакторе используется замедлитель — чаще всего вода, которая одновременно играет роль теплоносителя.
Основные части ядерного реактора включают:
– активную зону, где расположены стержни с урановым топливом;
– регулирующие стержни из материалов, поглощающих нейтроны (кадмий, бор), при помощи которых управляют скоростью реакции;
– отражатель и защитные конструкции, препятствующие выходу излучения наружу.
Энергия, выделяющаяся при делении ядер урана, нагревает воду в первом контуре. Затем через теплообменник эта энергия передаётся воде второго контура. В результате образуется пар, который приводит во вращение турбину. Турбина, в свою очередь, вращает электрогенератор, вырабатывающий электрический ток.
Таким образом происходит последовательное преобразование энергии:
внутренняя энергия атомных ядер → тепловая энергия → механическая энергия → электрическая энергия.