Πυρηνικός αντιδραστήρας. Πώς λειτουργεί?

Να ένα ωραίο θεματάκι! Πώς λειτουργεί λοιπόν ένα εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος το οποίο δουλεύει με πυρηνικό αντιδραστήρα?

Ακριβώς όπως και ένα κανονικό εργοστάσιο που χρησιμοποιεί λιγνίτη (όπως τα εργοστάσια της ΔΕΗ στην Ελλάδα).Νερό ζεσταίνεται και κυκλοφορεί σε σωλήνες προς ένα μεγάλο "καζάνι" ανταλλαγής θερμότητας . Μέσα στο καζάνι βρίσκεται νερό το οποίο ερχόμενο σε επαφή με τους ζεστούς σωλήνες γίνεται ατμός, και το νερό στους σωλήνες αφού δίνει την θερμότητα του στο νερό στο καζάνι, κρυώνει και ξαναγυρνά στην αρχική του θέση για να ξεναζεσταθεί από το κάψιμο του λιγνίτη. Αυτός ο ατμός λοιπόν, γυρίζει μία τουρμπίνα η οποία παράγει ρεύμα. Έπειτα ο ατμός συσσωρεύεται στον πάτο από τα τεράστια φουγάρα που βλέπουμε στα εργοστάσια, και έτσι ξαναγίνεται νερό (άρα τα μεγάλα φουγάρα που βλέπουμε δεν είναι αυτά που μολύνουν, το μόνο που κάνουν είναι συνεφάκια, τα μικρά λεπτά φουγάρα που βγάζουν τα καυσαέρια του λιγνίτη είναι αυτά που μολύνουν). Έπειτα το νερό ξαναγυρνά στο καζάνι ανταλλαγής θερμότητας και και ξαναγίνεται ατμός κλπ κλπ... Άρα ούτε νερό χάνεται, ούτε νερό προσθέτουμε, η ποσότητα του νερού στα δύο κυκλώματα (1ο:θέρμανση από λιγνίτη-καζάνι ανταλλαγής-θέρμανση από λιγνήτη, 2ο:καζάνι ανταλαγής-τουρμπίνα-φουγάρα-καζάνι ανταλλαγής) παραμένει σταθερή.

Κάτω ένα σχεδιάγραμμα για να το εμπεδώσουμε καλύτερα (αν δεν φαίνεται, πατήστε δεξί κλικ->προβολή εικόνας για να φανεί ολόκληρη):



Ποιά η διαφορά λοιπόν ενός πυρηνικού εργοστασίου? Πολύ απλά για να ζεστάνουν το νερό δεν καίνε λιγνίτη, αλλά χρησιμοποιούν την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την σχάση του Ουρανίου. Το Ουράνιο το βρίσκουμε στην φύση, όμως δεν μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε ως καύσιμο στους αντιδραστήρες τόσο εύκολα. Πρέπει πρώτα να το απομονώσουμε από τα υπόλοιπα πετρώματα, και έπειτα να το εμπλουτίσουμε με ένα συγκεκριμένο ισότοπο του το U-235 (δεν θέλω να μπω σε λεπτομέριες γιατί θα ξεφύγουμε). Αφού κάνουμε αυτή τη διαδικασία, το Ουράνιο μπαίνει σε μεγάλους κυλίνδρους οι οποίοι βυθίζονται σε νερό, το οποίο βοηθά και στην μεταφορά της θερμότητας (για την διαδικασία της παραγωγής ηλ.ρεύματος κύκλωμα 1), αλλά και για την σχάση των πυρήνων του Ουρανίου. Τώρα, αν η σχάση του Ουρανίου γίνεται ανεξέλεγκτα, τεράστια ποσότητα ενέργειας θα απελευθερωθεί μέσα στον αντιδραστήρα, θα υπερθερμανθεί το νερό θα βράσει, και μια μεγάλη έκρηξη ατμού θα συμβεί, επιτρέποντας ραδιενεργά υλικά να βγούν στο περιβάλλον (βλ.Chernobyl). Για να μην συμβεί λοιπόν κάτι τέτοιο χρησιμοποιούμε ράβδους γραφίτη, οι οποίες ελέγχουν την αλυσιδωτή αντίδραση. Όσο πιο πολύ τις έχουμε βυθισμένες στο νερό του αντιδραστήρα, τόσο περισσότερο "φρενάρουν" την αντίδραση. Όσο πιο έξω τις βγάζουμε τόσο πιο ελεύθερα γίνεται η αντίδραση. Σε γενικές γραμμές και με πολύ απλούστευση αυτή είναι η λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα.

Αν κάποιος θέλει να δοκιμάσει να λειτουργήσει έναν πυρηνικό αντιδραστήρα (εικονικά φυσικά,στον Η/Υ του ) μπορεί να το δοκιμάσει στo παρακάτω site:
http://www.ida.liu.se/~her/npp/demo.html

ή εδώ (πατήστε instructions και μετά start):



Δείτε ακόμη κάποια βίντεο από εν λειτουργία πυρηνικούς αντιδραστήρες. Το μπλε φως στο βάθος (σε κάποια βίντεο και μπλε λάμψη), οφείλεται στην απότομη αύξηση της ισχύος της αντίδρασης. (βγάζουμε τις ράβδους => απελευθέρωση της αλυσιδωτής αντίδρασης => μεγάλα ποσά ενέργειας), ενώ το τελευταίο βίντεο δείχνει την διαδικασία ανεφοδιασμού ενός Ρωσικού πυρηνικού αντιδραστήρα με νέο Ουράνιο













Για το τέλος έβαλα μερικές φωτογραφίες από εν λειτουργία πυρηνικούς αντιδραστήρες. Σε όλες τις φωτογραφίες, το φωσφορίζον κομμάτι στον πάτο της δεξαμενής είναι το σημείο που βρίσκονται οι ράβδοι Ουρανίου, ενώ οι μεγάλοι σωλήνες που εξέχουν από την δεξαμενή είναι οι ράβδοι ελέγχου από γραφίτη. Thank you!!