תחנות כוח גרעיניות לרתום את האנרגיה המשתחררת על ידי ביקוע והשתמשו בה כדי להניע גנרטורים המייצרים חשמל. אף על פי שכוח גרעיני תורם רק כ -20% מהחשמל שנוצר בארצות הברית, היכולת הגרעינית של המדינה היא הגבוהה ביותר מכל מדינה אחרת - 101 גיגאוואטים ב -2010.
רכיבים נפוצים של כוח גרעיני
לכורים גרעיניים יש מרכיבים משותפים:
דלק - אורניום, עפרות ברזל כבדות רדיואקטיביות, הוא הדלק הנפוץ ביותר עבור כורים גרעיניים. בעקבות תהליך ההעשרה, האורניום הופך לדלק מרוכז מאוד.
כור גרעיני מסחרי דורש אלפי קילוגרמים של דלק אורניום מועשר כדי לפעול. תחנות כוח גרעיניות אזרחיות בארה"ב לרכוש כ 50 מיליון פאונד של דלק אורניום (U3O8 שווה ערך) דלק בשנה, אשר רובם מגיע מחו"ל.
אורניום הוא ממוקש במקומות ברחבי העולם, בעיקר בקזחסטן, קנדה, אוסטרליה, ואפריקה. ארצות הברית היא בין 10 המפיקים העליון של אורניום.
מוטות בקרה - עשויים מחומר קליטת נויטרונים כגון קדמיום, הפניום או בורון, מוטות בקרה מוכנסים או נשלפים מהליבה כדי לשלוט בשיעור התגובה או לעצור אותו במידת הצורך.
מנחה - חומר הליבה הכור אשר מאט את הנייטרונים שוחרר מן הביקוע ולכן הם גורמים ביקוע יותר.
המנחה הוא בדרך כלל מים רגילים (אור), אך עשוי להיות מים כבדים (D20) או גרפיט.
נוזל קירור - נוזל או גז אשר זורם דרך הליבה כדי להעביר את החום ממנו. ב כורי מים קלים, גם מנחה המים משמש כמקרר העיקרי.
מכולה - כורים גרעיניים סגורים במבנים מבטון מזוין בכבדות כדי למנוע רדיואקטיביות מלהימלט לאוויר.
תהליך בסיסי של אנרגיה גרעינית
הפיזיקה הגרעינית היא טכנית מאוד, אבל התהליך הבסיסי לייצור חשמל עם כוח גרעיני הוא כדלקמן:
הליבה של הכור מייצרת חום ורדיואקטיביות בתהליך הנקרא ביקוע, הידוע בכינויו פיצול אטום. בתוך הליבה הכור הוא אורניום דלק גרעיני. כמו הגרעינים של אורניום לפצל, הם משחררים נויטרונים. כאשר הנייטרונים פוגעים באטומי אורניום אחרים, הגרעינים הללו מתפצלים גם הם, משחררים את הנייטרונים שלהם כדי לפגוע באטומים אחרים, דבר הגורם ליותר ביקוע. פיצול אטום מתמשך זה הוא תגובת שרשרת.
החום מתגובות מבוקרות מבוקרות משמש לייצור קיטור מהמים, באופן ישיר כמו בכור המים הרותחים (BWR), או בעקיפין כמו בכור המים בלחץ (PWR), המכיל מחולל קיטור.
האדים כוננים טורבינה כי כוח גנרטור.
הגנרטור מייצר חשמל המופץ לרשת החשמל.
סוגי כורים גרעיניים
ברחבי העולם, סוגים שונים של כורים גרעיניים משמשים. עם זאת, הסוגים הנפוצים ביותר הם כורים בלחץ מים (PWR) ו כורי מים רותחים (BWR), אשר מסווגים כורים מים קלים. בארצות הברית, PWR ו BWR הם רק שני סוגים של תחנות כוח גרעיניות מסחריות במבצע.
- כורי מים רותחים (BWR) - בסוג זה של כור, הביקוע מייצר חום שמים מים בליבת הכור. אדים מן המים הרותחים כוחות טורבינה המניע גנרטור לייצור חשמל. הכורים בצפון מזרח יפן Fukushima Naiishi המפעל ניזוק מרס 2011 רעידת אדמה צונאמי הם BWRs.
- כור מים בלחץ (PWR) - סוג זה של הכור הוא הנפוץ ביותר לייצור אנרגיה. הוא משתמש במים כמו נוזל קירור ומנחה, סוכן המסייע לשלוט על מהירות הביקוע. במערכת הקירור הראשית הסגורה המים, מחוממים על ידי אנרגיה תרמית מפני ביקוע בעת שעבר דרך הליבה, נשמרת בלחץ גבוה ולכן זה לא מבושל. קיטור מיוצר בלולאה נוזל קירור משני ומשמש להפעלת טורבינה שמניעה גנרטור חשמלי.
- CANDU וכור מים מתון כורים - עיצובים אלה להשתמש במים כבדים כמנחה. המים הכבדים - עם דיוטריום המחליף את שני אטומי המימן - כמנחה מאט נויטרונים בתהליך הביקוע ומאפשר את השימוש של אורניום טבעי, ולא אורניום מועשר כדלק.
- כור חלוקי כורכר - כור בעל טמפרטורה גבוהה המשתמשת בקירור נוזל הליום ובדלק המצופה בתחום של גרפיט וסיליקון קרביד על מנת להבטיח את הבלימת המוצר והביקוש למלטדון.