พลังงานนิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

We are searching data for your request:

Forums and discussions:

Manuals and reference books:

Data from registers:

Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

จากความขัดแย้งรอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพวกเขาเป็นผลงานทางเทคโนโลยีที่น่าทึ่ง แต่มันทำงานอย่างไร?

ที่นี่เราจะพาชมสั้น ๆ เกี่ยวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และพูดคุยเกี่ยวกับโรงงานประเภทต่างๆและข้อดีข้อเสียบางประการของเทคโนโลยี

ที่เกี่ยวข้อง: NUCLEAR FUSION ในศตวรรษที่ 21

พลังงานนิวเคลียร์ทำงานอย่างไรและมีประเภทใดบ้าง?

ในระยะสั้นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (นิวเคลียร์ฟิชชัน) ทำงานโดยควบคุมพลังของอะตอมเพื่อต้มน้ำผลิตไอน้ำและเปลี่ยนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า พวกเขาเป็นหม้อไอน้ำที่มีความซับซ้อนสูงซึ่งมีกังหันติดอยู่

แน่นอนว่ามีอะไรมากกว่านั้นสำหรับพวกเขา

องค์ประกอบหลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีมากหรือน้อยดังต่อไปนี้ (แม้ว่าการออกแบบจะแตกต่างกันไป):

เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (เช่นยูเรเนียมหรือพลูโตเนียม)
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และโมเดอเรเตอร์ (สารที่ทำให้นิวตรอนช้าลงเช่นกราไฟต์หรือน้ำ)
สารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ (โดยปกติจะเป็นน้ำ)
แท่งควบคุม (เช่นกราไฟท์)
ระบบ / โครงสร้างโล่หรือกักกัน
ภาชนะรับความดัน
เครื่องกำเนิดไอน้ำ
เส้นไอน้ำ
ปั๊ม
กังหันไอน้ำ
คูลลิ่งทาวเวอร์และคอนเดนเซอร์

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ส่วนประกอบและการตั้งค่าอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่เป็นปัญหา จนถึงปัจจุบันประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่พบมากที่สุดมีดังนี้:

เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดัน (PWR) - มากกว่า65% ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ในสหรัฐฯคือ PWR โรงงาน Three-Mile Island เป็นประเภท PWR
เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWR) - ประมาณหนึ่งในสามของเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดในสหรัฐฯเป็น BWR ฟุกุชิมะเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบ BWR
เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักแรงดันสูง (PHWR) - พบมากที่สุดในแคนาดาและอินเดีย
เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊สขั้นสูง (AGR) - เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊สรุ่นที่สองซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในสหราชอาณาจักร สิ่งเหล่านี้ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารหล่อเย็นหลัก
เครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์กลั่นน้ำเบา (RBMK) - เครื่องปฏิกรณ์ที่ได้รับการออกแบบโดยสหภาพโซเวียตซึ่งคล้ายกับ BWR ในการออกแบบอย่างไรก็ตามแทนที่จะเป็นภาชนะรับความดันที่ล้อมรอบแกนกลางทั้งหมดส่วนประกอบเชื้อเพลิงแต่ละชิ้นจะถูกล้อมรอบไว้ในท่อแต่ละท่อเพื่อให้น้ำหล่อเย็นไหลเวียนรอบเชื้อเพลิง เชอร์โนบิลเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ RBMK

เครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูง - ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์แบบใหม่หรือประเภททดลองเช่นเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR) จำนวนมากไม่ใช้น้ำในการหล่อเย็นโดยบางส่วนใช้โลหะเหลวเกลือหลอมเหลวหรือฮีเลียมเพื่อทำให้น้ำร้อนเป็นไอน้ำ
เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว (FNR) - เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้จ่ายด้วยโมเดอเรเตอร์และใช้สิ่งที่เรียกว่านิวตรอนเร็วแทน มีประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานมากกว่า แต่มีราคาแพงกว่าในการสร้าง
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ลอยน้ำ - ไม่รวมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้เรือเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้สร้างขึ้นบนเรือขนาดใหญ่ซึ่งมีแนวโน้มที่จะจอดอย่างถาวร

ปัจจุบันมีอยู่รอบ ๆ 450 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันเชิงพาณิชย์ที่ดำเนินการอยู่ทั่วโลก เก้าสิบแปดแห่งนี้อยู่ในสหรัฐอเมริกาเพียงแห่งเดียวและเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าพวกมันเป็นแหล่งพลังงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากที่สุดแห่งหนึ่งในโลก

พลังงานนิวเคลียร์ผลิตทีละขั้นตอนอย่างไร?

พลังงานนิวเคลียร์ถูกควบคุมเพื่อผลิตไฟฟ้าในขั้นตอนพื้นฐานหลายประการ ในกรณีส่วนใหญ่ในเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์จะปฏิบัติตามขั้นตอนต่อไปนี้ไม่มากก็น้อย

นิวตรอนชนกับอะตอมของเชื้อเพลิง (โดยปกติคือยูเรเนียม) และแยกออกเพื่อปลดปล่อยนิวตรอนออกจากอะตอมเป้าหมายซึ่งจะชนกับอะตอมของเชื้อเพลิงอื่นจึงทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่
ปฏิกิริยาลูกโซ่นี้สามารถควบคุมได้โดยใช้ "แท่งควบคุม" ซึ่งดูดซับนิวตรอนบางส่วนเพื่อป้องกันไม่ให้ระบบควบคุมไม่ได้
กระบวนการนี้ทำให้อุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วไปยังที่ใดที่หนึ่งตามลำดับ520 องศาฟาเรนไฮต์ (271 องศาเซลเซียส)
ที่อุณหภูมินี้น้ำหล่อเย็น (โดยปกติจะเป็นน้ำ) จะถูกทำให้ร้อนอย่างรวดเร็วและระเหยเป็นไอน้ำ
จากนั้นไอน้ำนี้จะถูกขับเคลื่อนหรือสูบไปยังกังหันขนาดใหญ่และผลิตกระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้านี้ใช้ในการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์และส่งไปยังกริดไฟฟ้าเพื่อการบริโภคเชิงพาณิชย์

ฟิชชันไม่ใช่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ประเภทเดียว พลังฟิวชั่นในทางทฤษฎีสามารถใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้ความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ในกระบวนการหลอมรวมนิวเคลียสของอะตอมที่เบากว่าสองอันจะรวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่าซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานออกมา มีการออกแบบและสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันทดลองหลายประเภท แต่ปัจจุบันยังไม่มีการดำเนินการเชิงพาณิชย์ สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันกระบวนการจะแตกต่างกันเล็กน้อย

วัสดุเชื้อเพลิง (เช่นดิวเทอเรียมหรือก๊าซไอโซโทป) ถูกฉีดเข้าไปในห้องหลอมรวม สำหรับเครื่องปฏิกรณ์โทคามัคนี่คือภาชนะสุญญากาศรูปโดนัท
ส่วนผสมของก๊าซนี้จะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงมาก (100 ล้านองศา). อุณหภูมิที่สูงที่สุดของขนาดนี้ทำได้หลายวิธี แต่เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันทดลองบางตัวใช้ไมโครเวฟหรือแหล่งพลังงานอื่น ๆ
สิ่งนี้ทำให้เชื้อเพลิงแตกตัวเป็นไอออนและก่อตัวเป็นพลาสมาที่มีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้เกิดการหลอมรวมระหว่างอะตอมที่อยู่ใกล้กัน พูดง่ายกว่าทำเพราะทำได้โดยใช้สนามแม่เหล็กที่แรงมากหรือวิธีการกักขังอื่น ๆ
เมื่อได้ฟิวชันแล้วพลังงานจำนวนมหาศาลจะถูกปล่อยออกมาซึ่งสามารถใช้เพื่อทำให้น้ำหล่อเย็นร้อนมากเกินไป
จากนั้นไอน้ำที่ได้จะถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ในขณะที่นักวิจัยสามารถบรรลุปฏิกิริยาฟิวชั่นที่มีอยู่อย่าง จำกัด แต่กระบวนการนี้ก็ใช้พลังงานมาก จนถึงขณะนี้พวกเขาได้รับพลังงานเชิงลบทั้งหมดซึ่งหมายความว่าพวกเขามีราคาแพงกว่าในการวิ่งมากกว่าสิ่งที่พวกเขาได้รับเป็นพลังงานที่สร้างขึ้น

พลังงานนิวเคลียร์และพลังงานนิวเคลียร์เหมือนกันหรือไม่?

คำศัพท์ทั้งสองนี้มีความคล้ายคลึงกันอย่างเห็นได้ชัดในทางปฏิบัติค่อนข้างแตกต่างกัน

พลังงาน คือ "ในวิชาฟิสิกส์ความสามารถในการทำงาน อาจมีอยู่ในรูปแบบที่มีศักยภาพจลน์ความร้อนไฟฟ้าเคมีนิวเคลียร์หรือรูปแบบอื่น ๆ นอกจากนี้ยังมีความร้อนและการทำงาน - เช่นพลังงาน ในกระบวนการถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างหนึ่ง” - สารานุกรมบริแทนนิกา

อำนาจ เป็นสิ่งที่แตกต่างกันเล็กน้อย "หน่วยของกำลังคือหน่วยของงาน (หรือพลังงาน) ต่อหน่วยเวลาเช่นฟุต - ปอนด์ต่อนาทีจูลต่อวินาที (หรือวัตต์) และ ergs ต่อวินาทีพลังงานสามารถแสดงออกได้เช่นกันเนื่องจากผลคูณของแรงที่ใช้ในการเคลื่อนที่ วัตถุและความเร็วของวัตถุในทิศทางของแรง " - สารานุกรมบริแทนนิกา.

เมื่อพูดถึงการใช้พลังงานและพลังงานนิวเคลียร์คำนี้มักใช้แทนกันได้ แต่มีความแตกต่างที่ลึกซึ้ง แต่สำคัญระหว่างทั้งสอง

พลังงานนิวเคลียร์ กล่าวคือในทางเทคนิคพลังที่ปล่อยออกมาเมื่ออะตอมถูกแยกออกจากฟิชชัน โดยทั่วไปจะแสดงเป็นเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV)

พลังงานนิวเคลียร์ ในทางเทคนิคแล้วผลงานที่เกิดจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในช่วงเวลาที่กำหนดมักจะแสดงเป็นเมกะวัตต์ (MW) หรือกิกะวัตต์ (GW)

พลังงานนิวเคลียร์มีอะไรผิดปกติ?

พลังงานนิวเคลียร์ได้รับการสนับสนุนมานานแล้วว่าเป็นคำตอบของพลังงานที่แทบไม่ จำกัด แต่แม้จะมีความกระตือรือร้นในการรับรู้และพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ แต่ก็ไม่ได้รับความนิยมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

แต่ทำไม?

สาเหตุหลักประการหนึ่งอาจเกิดจากความเข้าใจผิดอย่างชัดเจนเกี่ยวกับเทคโนโลยี ในความคิดของบางคนมักเกี่ยวข้องกับลูกพี่ลูกน้องที่ทำลายล้างอย่างไม่น่าเชื่ออาวุธนิวเคลียร์

ปัญหาอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับการประชาสัมพันธ์ของพลังงานนิวเคลียร์คืออุบัติเหตุและเหตุการณ์นิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเพียงเล็กน้อย แต่น่าประทับใจอย่างไม่น่าเชื่อ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วพลังงานนิวเคลียร์จะเป็นวิธีการสร้างพลังงานที่ปลอดภัยที่สุดวิธีหนึ่ง แต่เมื่อมันผิดพลาดมันก็ผิดพลาดจริงๆ

อุบัติเหตุที่เกี่ยวข้องกับพลังงานนิวเคลียร์ส่วนใหญ่เกิดจากความผิดพลาดของมนุษย์ภัยธรรมชาติหรือข้อบกพร่องในการออกแบบ ในขณะเดียวกันเทคโนโลยีเองก็เป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมที่มีการควบคุมดูแลสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยสูงที่สุดในโลก

การอภิปรายก่อนหน้านี้มาถึงจุดสูงสุดในช่วงทศวรรษที่ 70 และ 80 และส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของนิวเคลียร์และความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของอุตสาหกรรม แต่มีการฟื้นตัวในการอภิปรายในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาซึ่งเกี่ยวข้องกับเรื่องของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ในขณะที่หลายคนเชื่อมั่นในเทคโนโลยีหมุนเวียนเพื่อลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ แต่ผู้ที่อยู่ในด้านโปรนิวเคลียร์ของการอภิปรายได้กล่าวว่านิวเคลียร์เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการลดการใช้พลังงานของเราอย่างรวดเร็ว

พลังงานนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานพลังงานสูงที่ปราศจากคาร์บอนและแม้จะเกิดอุบัติเหตุในอดีต แต่ก็ปลอดภัยกว่าการผลิตพลังงานจากปิโตรเลียม ถึงกระนั้นก็ยังอาจเป็นอันตรายต่อผู้คนและโลกใบนี้

นอกจากนี้การสกัดและการกลั่นยูเรเนียมยังใช้พลังงานมากและก่อมลพิษสูงซึ่งอาจหักล้างประโยชน์ของพลังงานนิวเคลียร์ นอกจากนี้ยังมีปัญหาเกี่ยวกับการจัดเก็บและกำจัดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วอย่างปลอดภัย

มีความก้าวหน้าในการจัดเก็บและรีไซเคิลกากนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้ารุ่นใหม่อนุญาตให้นำขยะส่วนใหญ่ไปรีไซเคิลได้ สถิติที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วทั้งหมดจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งตั้งแต่ทศวรรษ 1950 จะเติมพื้นที่ขนาดเท่าสนามฟุตบอลให้มีความลึกประมาณ 9 เมตร.

ของเสียส่วนใหญ่ถูกจัดเก็บอย่างปลอดภัยในที่เก็บที่มีการควบคุมและตรวจสอบสูง ในกรณีส่วนใหญ่,99% ของเสียนี้ยังคงมีกัมมันตภาพรังสีน้อยกว่า 300 ปี

ข้อกังวลอื่น ๆ เกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ ได้แก่ การพัฒนาที่มีราคาแพงจำเป็นต้องสร้างใกล้แหล่งน้ำ (SMR อาจเป็นข้อยกเว้น) และการดึงทรัพยากรออกไปจากการพัฒนาพลังงานหมุนเวียน

เช่นเดียวกับการถกเถียงในเรื่องใด ๆ เราจะให้คุณได้ข้อสรุปของคุณเองในเรื่องนี้ แต่สิ่งที่ชัดเจนก็คือจากความกังวลที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจำเป็นต้องมีการถกเถียงอย่างยุติธรรมและเปิดกว้างเกี่ยวกับข้อดีข้อเสียของพลังงานนิวเคลียร์ พลังงานนิวเคลียร์อาจเป็นส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหา