¿Cómo funciona una planta de energía nuclear?

Para agregar a la gran respuesta de Simon, y tal vez entrar más en detalles para responder esta pregunta:

Reacciones de fisión inducidas en una oración (de Wikipedia)

Un neutrón es absorbido por un núcleo de uranio-235, convirtiéndolo brevemente en un núcleo excitado de uranio-236, con la energía de excitación proporcionada por la energía cinética del neutrón más las fuerzas que unen al neutrón. El uranio-236, a su vez, se divide en elementos más ligeros de rápido movimiento (productos de fisión) y libera tres neutrones libres.

Por lo tanto, la reacción en cadena.

¿Cómo se inicia un reactor nuclear?

Tiene su combustible dentro de su reactor, todo está apagado, todas las barras de control completamente insertadas. No pasa nada. Como observación, la reactividad de los gránulos de uranio es insignificante.

• ¿Qué es una barra de control?

Está hecho de absorbentes, átomos que absorben los neutrones. Esto le permite detener la reacción en cadena al evitar que los neutrones pasen de un gránulo a otro.

Entonces, aquí estás, todo listo para ir. Sacas tus barras de control y … ¡nada! Qué ? Sí, su reacción no puede comenzar por sí sola o durante un tiempo muy, muy largo (miles de millones de años), ya que el uranio 235 sufrirá fisión de forma natural, pero con una vida media muy alta. Por lo tanto, debe introducir algunos neutrones en su reactor para comenzar todo. Si ayudas a tu U5 provocando sus fisiones gracias a los neutrones, estás bien. Pero para eso, primero necesitas lo que se llama moderador .

• ¿Qué es un moderador?

Un moderador es algo que no absorbe los neutrones, pero puede ralentizarlos (al dispersarse, es decir, muchas colisiones). Es agua (¡también el refrigerante al mismo tiempo!) En PWR y BWR, por ejemplo, pero también puede ser agua pesada, sodio, etc. Le permite tener una reacción en cadena. De hecho, las fisión producirán neutrones rápidos (1-2 MeV), pero serán provocadas principalmente por neutrones térmicos (alrededor de 0,025 eV). No olvides que estoy hablando principalmente de Gen I a III + aquí, y no de reactores de neutrones rápidos. ¿Por qué necesitamos frenar los neutrones? Bueno, entonces es más probable que el combustible (por ejemplo, U235) los absorba y se someta a fisión.

Entonces, aquí estamos, tratando de enviar neutrones al reactor para comenzar todo. Ahora, todas las barras de control están completamente insertadas. Instalamos una fuente externa de neutrones en el reactor y comenzamos a enviar neutrones en el combustible. Por supuesto, no pasa nada, porque las barras de control absorben los neutrones externos y los neutrones producidos por fisión. Entonces, ahora, necesitamos lentamente, por pasos, retirar las barras de control. Los levantamos un poco, esperamos un momento para ver qué hace el flujo de neutrones. Si vuelve a caer, significa que somos subcríticos , la reacción no puede sostenerse. Si sigue aumentando, somos súper críticos , colocamos las barras de control demasiado altas, el flujo de neutrones aumenta exponencialmente. No se preocupe, podemos disminuir la altura de las barras de control nuevamente. Lo que queremos es ser críticos , un flujo constante de neutrones.

Es complicado Porque lo que debes recordar es que se calienta (¡eso es lo que queremos!). Entonces, el refrigerante elimina el calor del revestimiento alrededor de los gránulos de combustible (por ejemplo, aleación de circonio) e intercambia este calor más tarde para eventualmente ingresar a las turbinas como vapor. Pero el refrigerante, el agua, también es el moderador. Y la temperatura juega un papel en su comportamiento en la absorción / dispersión de los neutrones.

También tenemos diferentes formas de controlar el flujo de neutrones, por lo tanto, la reacción en cadena. La concentración de boro en el refrigerante / moderador tiene un impacto en la absorción. Finalmente, debe encontrar un equilibrio entre la posición de las barras de control, la concentración de boro y la retroalimentación del efecto térmico para mantenerse crítico. Sin olvidar que se quema algo de combustible y con el tiempo cambia muchas cosas, porque las fisión también crean núcleo hijo (neutrones retardados, esenciales en la criticidad de un reactor) y algunos actínidos (venenos), que van a absorber los neutrones. Entonces, un equilibrio es realmente difícil de conseguir.
Así es, aproximadamente, cómo se inicia un reactor.

Controlando su reactor: el papel de los neutrones retrasados

• Vida de neutrones

Primero, hablemos sobre la vida de neutrones. En un reactor PWR, son [matemática] 10 ^ {- 5} [/ matemática] segundos ([matemática] 10 ^ {- 7} [/ matemática] segundos en una BWR). Esto significa que después de este tiempo en promedio, el neutrón habrá desaparecido (absorbido, absorbido para inducir la fisión, o se ha escapado del reactor).

• Factor de multiplicación

Este es el “famoso” (en los círculos internos) k, que conduce a los estados críticos, subcríticos y supercríticos.
[matemáticas] k <1 [/ matemáticas]: subcrítico, la reacción en cadena muere
[matemáticas] k = 1 [/ matemáticas]: Crítico, la reacción en cadena es agradable, el poder es constante
[matemáticas] k> 1 [/ matemáticas]: Supercrítico, la población de neutrones aumenta con cada generación, aumenta la potencia. No es bueno.

• Sin neutrones retrasados

Si no consideramos los neutrones retrasados ​​en la ecuación cinética, y ak es igual a 1.001 (bastante cerca de 1, todos estamos de acuerdo), entonces tenemos la siguiente evolución de la población de neutrones con el tiempo:
[matemáticas] n (t) = N * e ^ {k-1} * e ^ {\ frac {t} {X}} [/ matemáticas]
Donde X es la vida media de los neutrones dentro del reactor. Entonces, en un PWR, por ejemplo, y considerando k = 1.001 (difícil de acercarse a la criticidad en operaciones reales):
[matemáticas] n (t) = N * e ^ {k-1} * e ^ {\ frac {t} {10 ^ {- 5}}} [/ matemáticas]
Lo que nos da:
[matemáticas] n (t) = N * e ^ {100t} [/ matemáticas]
Esto significa que la población de neutrones no está bajo control. Después de 1 segundo, tenemos la población original (N) multiplicada por [math] e ^ {100} [/ math] (número gigantesco). Por lo tanto, la potencia en el reactor aumentaría muy rápidamente, aunque el factor de multiplicación sea lo más cercano posible a 1.
Entonces, ¿qué nos estamos perdiendo? Los neutrones retrasados .

• Neutrones retrasados

De dónde vienen ? Para responder eso, debemos asegurarnos de entender de dónde provienen los neutrones en un reactor. Varias posibilidades:

1. Neutrones inducidos por fisión (principalmente 235 U son impactados por un neutrón de baja energía y producen en promedio alrededor de 2 neutrones)
2. Fuentes externas (olvidemos eso, no nos importa aquí)
3. Diferentes reacciones de descomposición (en lugar de sufrir fisión, un átomo, uranio-235, por ejemplo, absorbería un neutrón y liberaría dos neutrones, y algunas otras reacciones como esa)

Entonces, ¿qué nos estamos perdiendo? Bueno, la fisión de un átomo crea dos átomos más pequeños. Son estos (llamados precursores) los que liberarán neutrones más tarde, al descomponerse. Por lo tanto, los neutrones retrasados . De hecho, la vida media de un precursor es de 13 segundos aproximadamente (en comparación con los [matemáticos] 10 ^ {- 5} [/ matemáticos] segundos en un PWR).
Los neutrones retrasados ​​representan algo así como 680 pcm si no me equivoco (0,68%) de los neutrones completos “producidos” durante una generación. Esta diferencia muy pequeña es lo que nos permite controlar la reacción en cadena en un reactor nuclear. No entraré en las matemáticas ahora (a menos que realmente lo desee, pero tener en cuenta los neutrones retrasados ​​es menos trivial que lo que he explicado por ahora).

¿Qué elementos se utilizan para la fisión nuclear?

Principalmente, la fuente principal de neutrones en un reactor nuclear (el combustible) puede ser:

• Uranio 235: Reactores de agua ligera (reactores de espectro térmico), la mayoría de los reactores nucleares de hoy.
• Uranio 238: Reactor de espectro rápido, la próxima (4ª) generación de reactores nucleares.

Lo que se entiende por “rápido” aquí es que el moderador no reduce la velocidad de los neutrones. Permite que el uranio-238 se someta a fisión a una velocidad suficiente para mantener la reacción en cadena.

• Plutonio 239: algunos PWR en Francia. Conjuntos de combustible de uranio reciclado que producen combustible MOX, a alrededor del 10% de Pu.
• Torio 232: CANDU de reactores canadienses hoy (esos tipos de reactores pueden tomar casi cualquier cosa)

Es una opción “paralela” al uranio. Es un poco más abundante, por ejemplo, en India, razón por la cual los indios están interesados ​​en este combustible. Vea el siguiente párrafo para una comparación entre uranio y torio.

Torio vs Uranio

¿Por qué la mayoría de los países “nucleares” decidieron usar uranio en lugar de torio? El torio era conocido en aquellos días.
Bueno, tres razones principales, en mi opinión, para eso.

• La razon cientifica

El primero, que llamaremos la razón científica es el nivel de radiación gamma del torio. El torio irradiado (combustible usado, por ejemplo) contiene una gran cantidad de uranio 232, que tiene una vida media corta (alrededor de 70 años) y cuyos productos secundarios (212 Bi, por ejemplo) son fuertes emisores de rayos gamma. En consecuencia, es un problema para el almacenamiento y la manipulación del combustible usado, desde un punto de vista de seguridad. En los años 50, no estábamos listos para correr este riesgo. Ahora, tenemos sistemas automatizados, robots y demás, que pueden manejar este tipo de cosas por nosotros. Pero es costoso, más costoso que el ciclo del combustible de uranio, aunque produce potencialmente menos actínidos (desechos nucleares).

• La razón geopolítica.

El torio es más abundante que el uranio en la naturaleza. Sin embargo, está más localizado en algunos países. El uranio era más fácil de acceder para países como Estados Unidos o Francia (y sus colonias), por ejemplo, para hablar de dos de los principales países nucleares de la actualidad. Por lo tanto, es más fácil ser “independiente” y evitar el problema del petróleo.
A modo de ejemplo, India va por el ciclo de combustible de torio (y tienen un gran proyecto), porque tienen mucho torio y casi nada de uranio.

• La razón militar

Esta es más una opinión personal. No sé qué factores fueron dominantes en la elección de ir con uranio. Supongo que fue una mezcla de todos esos. El tercer factor es el hecho de que el ciclo de combustible de uranio nos da plutonio. Durante la guerra fría, fue la forma más fácil de obtenerla, produciendo energía y obteniendo bombas al mismo tiempo. El presupuesto de defensa siempre es muy importante, y este dinero “indirectamente” ayudó al desarrollo de la energía nuclear. Esta es una de las razones por las que elegimos uranio.

• Razones científicas adicionales

En un reactor de combustible de torio, creamos algo de Proactinium (Pa), con una vida media de alrededor de un mes. Esto significa que para que la mitad de la población desaparezca, aproximadamente necesita un mes, y para el 99%, necesitaría alrededor de un año. Para el ciclo de uranio, se produce algo de neptunio, que tiene una vida media de poco más de 2 días (en comparación con los 30 días para Proactinium en el ciclo de torio).

¿Qué implica esto? Bueno, significa que el tiempo de enfriamiento de su combustible usado tomará mucho más tiempo para el ciclo de torio. Si queremos ir más rápido, tenemos que separar el Proactinium del combustible gastado. Pero eso es caro. Si no hacemos eso, podría tener algún impacto radiológico a largo plazo.

El punto de fusión del torio es más alto que el del uranio, lo que plantea problemas de ingeniería (materiales).

Todavía no hemos desarrollado el proceso para separar uranio, plutonio y torio del combustible gastado. Incluso si sabemos cómo hacerlo en teoría. Principalmente, el problema aquí también es que no sabemos lo suficiente.

El torio crearía menos desechos radiactivos. Pero necesitamos Plutonio, por lo que aún necesitaríamos un ciclo de uranio para obtener este Plutonio. Creo que un reactor de agua ligera (ciclo de uranio, PWR o BWR de hoy) puede producir en un ciclo el plutonio durante cuatro ciclos de torio. Sin embargo, no considere esto como una verdad absoluta, no puedo respaldarlo por ahora y es solo de memoria. Lo bueno es que también podríamos usar el plutonio en nuestras armas. Buena forma de deshacerse de eso.

El torio es un material fértil “mejor” en los reactores térmicos (neutrones lentos), pero el uranio es mejor en los reactores rápidos (neutrones rápidos)

¿De dónde obtienen estos elementos?

Obtienes el combustible a través de la minería. Puedes extraer uranio y torio. Esquemáticamente, el uranio natural es 99.3% U238, 0.7% U235.

En HWR (Reactores de agua pesada, como CANDU) y moderador / refrigerante específico (los que son excelentes para desacelerar los neutrones), puede usar uranio natural, a pesar de que a menudo lo enriquece un poco para obtener un mejor uso del combustible.

En LWR, necesita enriquecer su uranio (de 0.7% U-235 a 4% U-235 generalmente).

¿Cuántas personas trabajan en una central eléctrica típica?

Aproximadamente 1000-1500 personas trabajan en una central nuclear. Aumenta durante el tiempo de parada del reactor, ya que es cuando realiza reparaciones, verificaciones, reabastecimiento de combustible, etc.

Daré una respuesta breve y básica porque esta pregunta se le ha hecho a Quora varias veces y ya hay respuestas completas a la pregunta.

Básicamente, una planta de energía de fisión nuclear funciona de manera muy similar a una planta de energía a carbón. Se calienta el agua en una caldera, se convierte en vapor y el vapor se utiliza para impulsar generadores de turbina que generan electricidad.

La principal diferencia, entonces, es cómo se genera el calor. La fisión nuclear emite este calor principalmente a través de la fisión de los núcleos de uranio-235. Cuando hay suficientes núcleos U-235 cerca uno del otro, y usted tiene una sustancia (como el agua) que puede calentar neutrones (ralentizarlos), existe una alta probabilidad de que los núcleos U-235 absorban uno de estos neutrones, fisión, y emiten neutrones para también ser térmico, absorbido en otros núcleos y continuar la reacción en cadena. El efecto neto de esto es que se produce calor y se transfiere al refrigerante. No todos los diseños de reactores usan agua como refrigerante, pero la mayoría sí.

El agua calentada hierve directamente en el recipiente del reactor (Reactor de agua hirviendo o BWR), o se mantiene bajo presión y transfiere calor a un sistema separado en un generador de vapor (Reactor de agua a presión o PWR). De cualquier manera, el vapor se utiliza para hacer funcionar generadores de turbina y producir electricidad.

La reacción de fisión se controla a través de diversos medios. El control más directo es posicionar las barras de combustible en varios niveles en el núcleo del reactor o retirar e insertar las barras de control. Las barras de control están hechas de materiales absorbentes de neutrones que interrumpen efectivamente la reacción en cadena de fisión. La reactividad en el reactor también está controlada por “venenos” añadidos (que absorben neutrones, como el boro) y por el moderador mismo. La mayoría de los moderadores tienen lo que se llama un coeficiente de temperatura negativo para la reactividad. Usando el agua como ejemplo (dado que eso es lo que la mayoría de los reactores usan como moderador / refrigerante), a medida que el agua se calienta, es más probable que un neutrón que se acerque a él pase y no se ralentice. La disminución de la velocidad de los neutrones significa menos fisión, por lo que disminuye la potencia del reactor. A medida que el agua se enfría, se calientan más neutrones y, por lo tanto, aumentan las fisiones y la energía.

De todos modos, esa es una explicación básica. Hace años, estudié en libros sobre el tema tan grueso, si dejas caer uno en tu pie probablemente terminarías con un pie roto. Por lo tanto, es seguro decir que hay mucho más para discutir sobre el tema.

Energía nuclear:

Se origina en la división de los átomos de uranio, un proceso llamado fisión. Genera calor para producir vapor, que es utilizado por un generador de turbina para generar electricidad. Las centrales nucleares no queman fule, no producen emisiones de gases de efecto invernadero.

¿Cómo se usa la energía nuclear para producir electricidad?

Las plantas nucleares son diferentes porque no generan vapor directamente.

“Las plantas nucleares, como las plantas que queman carbón, petróleo y gas natural, producen electricidad hirviendo agua en vapor. Este vapor convierte las turbinas para producir electricidad. La diferencia es que las plantas nucleares no queman nada. En cambio, usan combustible de uranio, que consiste en gránulos de cerámica sólida, para producir electricidad a través de un proceso llamado fisión. Como resultado, a diferencia de otras fuentes de energía, la central nuclear no libera carbono ni contaminantes como el nitrógeno y el azufre oxidados en el aire.

Los reactores nucleares están diseñados para mantener una reacción continua de fisión. Obtienen el calor necesario para producir vapor a través de un proceso físico. Este proceso, llamado fisión, implica la división de átomos de uranio en un reactor nuclear. El combustible de uranio consiste en pequeñas bolitas cerámicas duras que se empaquetan en tubos largos y verticales. Se insertan paquetes de este combustible en el reactor “.

Fuente de la imagen – whatisnuclear

Muchos países utilizan reactores nucleares. Dos tipos de reactores en los Estados Unidos.

1. Recubridor de agua de bolling

2. Reactor de agua a presión

¿Sabías?

• Alrededor del 20% de la electricidad de Estados Unidos proviene de la energía nuclear.
• La energía nuclear representa dos tercios de toda la electricidad libre de carbono.
• Las plantas nucleares son el proveedor de electricidad a gran escala más económico.
• Algunos estados generan más de la mitad de su electricidad a partir de la energía nuclear.

Las plantas de fisión son el estándar actual y consisten en todas las plantas nucleares en funcionamiento. Funcionan teniendo un combustible nuclear dispuesto en barras colocadas dentro del núcleo del reactor. La fisión nuclear funciona al golpear un material fisionable como el uranio 235 con un neutrón de alta energía (una partícula atómica), que es absorbido por un átomo de uranio que hace que el átomo sea inestable. Los átomos solo pueden existir durante períodos prolongados en forma estable, por lo que el átomo de uranio se separa liberando dos átomos más pequeños que a su vez liberan un átomo de Kripton y bario y tres nuevos neutrones de alta energía, estos neutrones luego golpean y son absorbidos por otros átomos de uranio produciendo un nuclear reacción en cadena. Este proceso de fisión libera la energía atómica almacenada dentro del átomo de U235 que genera mucho calor. Tener miles de millones de átomos experimentando esto en un reactor nuclear produce enormes cantidades de energía térmica. Esto se utiliza para generar vapor que luego convierte una turbina que produce electricidad.

Para controlar esta reacción, los reactores tienen dispositivos llamados moderadores y barras de control e inhibidores de neutrones. Los moderadores son materiales como el grafito en los primeros reactores o el agua en los reactores más modernos que reducen la velocidad de los neutrones, lo que aumenta la posibilidad de una reacción en cadena nuclear. Las barras de control son inhibidores de neutrones, absorben los neutrones y pueden ralentizar o detener una reacción de fisión, equilibrando esto permite controlar la fisión nuclear para producir energía.

Como todas las otras centrales eléctricas, el agua se calienta y el vapor producido genera electricidad gracias a los alternadores impulsados ​​por turbinas de vapor. Se llaman turboalternadores.
La diferencia entre cada tipo de centrales eléctricas si el combustible se utiliza para calentar el agua y crear vapor. En la central térmica, se quema carbón o gas, mientras que en las centrales nucleares, la energía necesaria para hervir el agua proviene de la fisión del radionúclido.

Dos tipos principales de reactores nucleares según el sistema de conversión de energía:

el sistema de conversión de energía puede ser un ciclo directo desde el núcleo directamente a la turbina (Reactor de agua en ebullición – BWR) o un ciclo indirecto con un circuito intermedio entre el núcleo y la turbina (Reactor de agua a presión – PWR). En ese caso, hay intercambiadores de calor (generadores de vapor) para transferir calor del primer circuito al segundo.

Una forma simple de resumir es en los cuadros a continuación

El combustible:
Principalmente óxido de uranio

• Natural: en ese caso, el moderador debe ser muy transparente a los neutrones (agua pesada o grafito) y al fluido refrigerante también (CO2, He)
• Poco enriquecido (5%), entonces se puede usar fácilmente agua como moderador y fluido refrigerante

MOX (una fracción de desechos reciclados) también se puede usar para quemar plutonio en reactores de potencia estándar

238U es fisionable pero no puede soportar una reacción en cadena mientras que 235U sí puede. En 238U natural, la fracción de 235U no es suficiente para la reacción en cadena. Es por eso que se usa uranio poco enriquecido (enriquecido en 235U con una fracción de aproximadamente 5% en reactores con moderador)

El combustible se ensambla en pequeños tubos que van al reactor.

¿Por qué las centrales nucleares son tan grandes?
No son tan grandes en comparación con el otro tipo de energía. La tabla a continuación muestra el área de terreno necesaria para una capacidad instalada de 1000MW. Muestra que la densidad de la energía nuclear es muy alta.

Residuos y ciclo de reciclaje:
Aquí están la fracción de desechos finales y la fracción de materiales reciclables.
En Francia, algunos reactores usan una fracción de MOX como combustible nuclear. Estados Unidos y Rusia están interesados ​​en usar MOX como una forma de utilizar el excedente de combustible MOX de plutonio de grado arma en Wikipedia

Fuente: Alstom / Areva

Cuando los reactores están funcionando, una planta nuclear funciona con su propia electricidad.

Sin embargo, la puesta en marcha y otros escenarios operativos determinados, con los reactores apagados, se manejan simplemente tomando electricidad de la red (en lugar de suministrarla) o utilizando generadores de respaldo en el sitio (generalmente diesel).

En el evento de Fukishima, todos estos métodos secundarios se pusieron en juego. Primero, los reactores se apagaron y se activaron los métodos de respaldo del sistema. Desafortunadamente, se perdió el suministro de energía de la red y luego el tsunami inundó la instalación de generación de diesel (que estaba ubicada en el borde del agua).

Esto dejó todo el sitio sin la energía necesaria para manejar las operaciones continuas requeridas para abastecer los reactores y las piscinas de enfriamiento de combustible gastado con agua fresca de enfriamiento. El resultado es el desastre nuclear más costoso de la historia.

La central eléctrica nuclear

La planta de energía nuclear genera electricidad de la misma manera que pasa vapor altamente presurizado a través de la hélice que se sincroniza directamente con un generador de inducción que genera electricidad.

Pero aquí el punto importante es que (fuente de energía requerida para producir vapor hirviendo agua). El corazón principal de la central eléctrica es el REACTOR NUCLEAR que contiene la fuente de energía, es decir. células (que tienen un elemento altamente radioactivo ATOMO DE URANIO)

Por lo tanto, cuando un reactor nuclear se carga o es provisto por una fuente externa de energía para activar el átomo de uranio, como cuando los átomos de uranio se activan, pasan por una reacción de fisión, es decir. Los electrones de un átomo comenzaron a separarse de un nutrón circundante. Lo que da como resultado una reacción exotérmica, es decir. La alta forma de energía se libera en forma de calor. Que se utiliza directamente para producir calor

¡¡Espero que esto ayude!!

¡La mejor de las suertes!

Los principios básicos de cada central eléctrica son los mismos, ya sea nuclear, térmica o hidroeléctrica. Todos ellos solo necesitan la fuente o energía para hacer girar la turbina.

En una planta de energía nuclear, esta energía se obtiene de la fisión nuclear de uranio. Debido a la fisión, se genera una enorme cantidad de calor que se usa para convertir el agua en vapor que finalmente se usa para rotar la turbina. La turbina está acoplada al generador que produce electricidad.

Fuente de la imagen: Google

Los isótopos de uranio emiten radiación. Esa radiación es altamente energética. Cuando la radiación es absorbida por un fluido apropiado, el fluido se calienta. Cuando el fluido está lo suficientemente caliente como para hervir, se convierte en vapor que, como gas, quiere expandirse sustancialmente. La expansión del vapor empuja contra las palas de la turbina, haciendo que la turbina gire. La turbina giratoria tiene un generador eléctrico incorporado. A medida que la turbina gira, se genera electricidad.

Luego, el vapor se enfría, se convierte nuevamente en un fluido y normalmente se pasa nuevamente por el reactor para volver a convertirse en vapor.

Fuera de la radiación, es exactamente el mismo proceso que calentar agua quemando carbón para crear calor y, por lo tanto, electricidad. Ambas son formas de generación eléctrica térmica.

Extraiga calor de una reacción de fisión nuclear, captúrelo en forma de energía térmica con el moderador, agua.

Convierta esta agua caliente en vapor mediante despresurización (mediante un generador de vapor), use la fuerza motriz del vapor para hacer girar grandes generadores de turbinas eléctricas, devuelva el agua condensada para extraer más calor de la reacción de fusión, etc., etc.

Para un poco más sobre la fuente de enrgy:

Es el ciclo de vapor básico de Rankine utilizado durante cientos de años como vapor como fuente de energía para (Motor de vapor), pero la fuente de calor no es carbón, o petróleo, etc., sino la fisión nuclear, que utiliza (de manera poco eficiente) la energía emitida por la división de los átomos de uranio ( fisión), en dos núcleos más pequeños que colectivamente pesan un poco menos que el átomo de uranio original. La masa perdida, se convierte en energía. (E = MC2)

Las plantas de energía nuclear, como el carbón, generan electricidad al producir calor. La mayor parte del calor producido en un reactor nuclear es a través de la fisión de núcleos como el uranio-235 y el plutonio-239.

¿Qué es la fisión? Considere la siguiente ecuación:

neutrones + U-235 → A + B + 2.5 neutrones + energía

Un neutrón golpea un núcleo de U-235 dividiéndolo en dos núcleos más pequeños A y B, liberando así en promedio 2.5 neutrones. Ahora, algunos de estos 2.5 neutrones son capaces de fisionar más U-235 y lo que sigue es una cadena de fisión. La disposición del U-235 en el reactor nuclear es tal que la cadena de fisión se sostiene de tal manera que por cada fisión, solo un neutrón expulsado de esa fisión causa más fisión, etc.

¿Cómo se genera el calor?

La energía liberada durante la fisión es el resultado de la diferencia en las masas de (neutrones + U-235) y (A + B + 2.5 neutrones) que es positiva. La masa total de productos es menor que la masa total de reactivos. Esta disminución de la masa aparece como calor según la equivalencia de masa-energía de Einstein [1].

Notas al pie

[1] Equivalencia masa-energía – Wikipedia

Varios cientos de conjuntos de combustible que contienen miles de pequeñas pastillas de combustible de óxido de uranio cerámico forman el núcleo de un reactor. Para un reactor con una potencia de 1000 megavatios (MWe), el núcleo contendría alrededor de 75 toneladas de uranio enriquecido. En el núcleo del reactor, el isótopo de uranio-235 se fisiona o se divide, produciendo mucho calor en un proceso continuo llamado reacción en cadena. El proceso depende de la presencia de un moderador como el agua o el grafito, y está totalmente controlado. El moderador reduce la velocidad de los neutrones producidos por la fisión de los núcleos de uranio para que puedan producir más fisión. Fisión nuclear Dos ejemplos de fisión de un átomo de uranio-235 Algunos de los uranio-238 en el núcleo del reactor se convierten en plutonio y aproximadamente la mitad de este también se fisiona de manera similar, proporcionando aproximadamente un tercio de la producción de energía del reactor. Los productos de fisión permanecen en el combustible cerámico y sufren descomposición radiactiva, liberando un poco más de calor. Son los principales desechos del proceso. El núcleo del reactor se encuentra dentro de un recipiente a presión de acero, de modo que el agua a su alrededor permanece líquida incluso a una temperatura de funcionamiento de más de 320 ° C. El vapor se forma sobre el núcleo del reactor o en recipientes a presión separados, y esto impulsa la turbina para producir electricidad. Luego se condensa el vapor y se recicla el agua.

El mecanismo de generación de electricidad en una central nuclear es fácil en el papel. Sin embargo, su aspecto práctico implica una gran cantidad de cálculos.

El principio de operación es el proceso de fisión nuclear, que ocurre en el reactor nuclear. Este proceso se lleva a cabo bombardeando el núcleo de un material fisionable con neutrones.

El moderador se usa para ralentizar los neutrones y, por lo tanto, aumentar su probabilidad de golpear el núcleo del material fisionable.

Las barras de control se utilizan para absorber el exceso de neutrones manteniendo el proceso bajo control.

Este proceso libera una gran cantidad de energía térmica, que se absorbe haciendo pasar agua fría a través del intercambiador de calor. El vapor que se produce finalmente se utiliza para rotar la turbina de vapor.

Dado que la turbina está acoplada al alternador, hace que el alternador gire generando energía eléctrica. El vapor de escape se condensa y puede reutilizarse para el siguiente ciclo.

Las reacciones nucleares generan calor, como lo hacen los combustibles fósiles y la CSP.

El calor se convierte en electricidad mediante un ciclo de calor que involucra una turbina que acciona un generador.

Todas las centrales eléctricas actuales utilizan un ciclo de vapor Rankine.
Algunos conceptos nucleares de cuarta generación (HTR, VHTR, MSR) funcionan a temperaturas mucho más altas, lo que permite el uso de un ciclo de Brayton, con helio o CO2 como medio. Esto puede tener un 40% más de eficiencia, lo que significa que se necesita la mitad del agua de enfriamiento para obtener la misma potencia, lo que permite que plantas nucleares mucho más grandes se encuentren más adentro.

La energía en las centrales nucleares se crea a través de reacciones de fisión de su combustible: uranio-235. Aquí se da una explicación simple de la fisión:

Fisión nuclear: conceptos básicos

Esta reacción puede mantenerse por sí misma en los reactores nucleares, y genera mucho calor. Existen muchos tipos diferentes de tecnología de reactores que funcionan a nivel mundial, pero todos utilizan este calor para generar vapor, que se utiliza para generar electricidad a través de medios térmicos convencionales:

¿Cómo funciona una central térmica?

Hay 3 pasos principales para producir electricidad a partir de energía nuclear 🙁 Se explicarán brevemente más adelante)

1. Generación controlada de energía térmica en reactores nucleares por fusión nuclear como consecuencia del procedimiento de déficit de masa, E donde E = M * C ^ 2 donde E = energía producida en Julios, M = Masa perdida en la reacción en gm y C = velocidad de la luz en m / s que es 3 * 10 ^ 8 m / s.
2. Absorción del calor por parte del comedor a través de bombas y tuberías. Esto generalmente producirá vapor presurizado a altas temperaturas
3. El vapor presurizado a altas temperaturas ahora se envía para hacer funcionar una turbina; saldrá vapor de salida que contiene menos calor que el de la entrada.
4. La turbina está realmente acoplada a un generador que funciona para producir electricidad. La electricidad producida sería la eficiencia de la turbina * [Calor en la entrada de la turbina – Calor en la salida de la turbina]

Además de la fuente de calor, la energía generada por las centrales nucleares se crea de la misma manera que las plantas que funcionan con carbón o gas natural: el agua se calienta y se convierte en vapor … el vapor pasa por una turbina … la turbina gira un generador que crea la electricidad.

El calor en las centrales nucleares se crea por la fisión del U-235 en el combustible. También hay algo de calor adicional generado por otras fuentes (descomposición de los productos de fisión).

Una planta de energía nuclear genera energía eléctrica girando turbinas de vapor que funcionan con el agua calentada en la parte del reactor del sistema nuclear. Un reactor nuclear tiene isótopos fisurables de uranio y los medios para controlar su tasa de fisión. La alta tasa de fisión creará calor que produce vapor y hace girar las turbinas que luego generan generadores que producen electricidad.

Ahora, si está preguntando cómo comienza la planta si no hay electricidad, la respuesta es que hay varias formas de obtener energía para iniciar los instrumentos de control de reacción. Cualquiera de las fuentes de alimentación de la red a la que están conectados los generadores, pero que aún no se suministran, se puede aprovechar, ya que la red es bidireccional.

O bien, los sistemas locales de generación de diesel pueden usarse para alimentar los instrumentos de control.

En general, les gusta tener ambas fuentes presentes y en funcionamiento cuando se pone en marcha un reactor en caso de que tengan problemas con uno.

Los materiales radiactivos como el uranio y el plutonio tienen átomos MUY grandes que son inestables y tienden a romperse durante un período de tiempo.

Cuando un átomo hace esto, los átomos más pequeños que resultan pesan un poquito menos que el átomo que se separó.

Esta pérdida de masa se convierte en energía ([matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática])… mucha energía, de hecho.

Esta intensa energía radiactiva se canaliza hacia cámaras de agua. El agua se calienta y hierve.

El vapor resultante se usa para hacer girar una turbina de vapor, que está conectada a un generador eléctrico.

El generador hace girar bobinas de alambre pasando imanes grandes (o imanes grandes pasando bobinas de alambre) … y eso genera electricidad.