Mimea ya nguvu za nyuklia huunganisha nishati inayotolewa na fission na kuiweka kwa kutumia kuendesha jenereta zinazozalisha umeme. Ingawa nguvu za nyuklia huchangia asilimia 20 tu ya umeme iliyotengenezwa nchini Marekani, uwezo wa nyuklia wa taifa ni mkubwa zaidi wa nchi nyingine yoyote - gigawati 101 mwaka 2010.
Vyombo vya kawaida vya Nguvu za Nyuklia
Mitambo ya nyuklia ina vipengele hivi kwa kawaida:
Mafuta - Uranium, mionzi, chuma nzito chuma, ni mafuta ya kawaida kwa reactor nyuklia. Kufuatia mchakato wa utajiri, uranium inakuwa mafuta yenye kujilimbikizia sana.
Reactor ya nyuklia ya biashara inahitaji maelfu ya paundi ya mafuta ya uranium yenye utajiri ili kufanya kazi. Vitu vya nguvu vya nyuklia nchini Marekani vinununuliwa pounds milioni 50 za uranium (sawa na U3O8) kila mwaka, wengi wao hutoka nje ya nchi.
Uranium inafungwa katika maeneo duniani kote, hasa katika Kazakhstan, Kanada, Australia, na Afrika. Umoja wa Mataifa ni kati ya wazalishaji 10 wa uranium.
Fimbo za Kudhibiti - Iliyotengenezwa kwa vifaa vya neutron-absorbing kama vile cadmium, hafnium, au boron, viboko vya udhibiti vinaingizwa au kuondolewa kutoka msingi ili kudhibiti kiwango cha majibu au kuacha ikiwa ni lazima.
Moderator - Nyenzo katika msingi wa reactor ambayo hupunguza neutrons iliyotolewa kutokana na kufuta hivyo kusababisha fission zaidi.
Msimamizi ni kawaida (kawaida) maji, lakini inaweza kuwa na maji nzito (D20) au grafiti.
Baridi - Liquid au gesi inayozunguka kupitia msingi ili kuhamisha joto kutoka kwao. Katika majibu ya maji machafu, msimamizi wa maji pia anafanya kazi kama baridi ya msingi.
Containment - Reactor nyuklia ni encased katika miundo halisi saruji krafta kuzuia radioactivity kutoka kukimbia ndani ya anga.
Mchakato Msingi wa Nishati ya Nyuklia
Fizikia ya nyuklia ni kiufundi sana, lakini mchakato wa msingi wa kuzalisha umeme na nguvu za nyuklia ni kama ifuatavyo:
Chanzo cha reactor hutoa joto na radioactivity katika mchakato unaoitwa fission, inayojulikana kama ugawaji wa atomi. Ndani ya msingi wa reactor ni mafuta ya nyuklia ya nyuklia. Kama kiini cha ugawanyiko wa uranium, wao hutoa neutrons. Wakati neutroni hugundua atomi nyingine za uranium, nuclei hizo pia hugawanywa, ikitoa neutrons zao kuwapiga atomi nyingine, na kusababisha fission zaidi. Ugawanyiko huu wa atomi ni mmenyuko wa mnyororo.
Joto kutokana na athari za fission kudhibitiwa hutumiwa kuzalisha mvuke kutoka kwa maji, ama moja kwa moja kama katika majibu ya kuchemsha ya maji (BWR), au kwa moja kwa moja kama katika majibu ya maji yaliyotumiwa (PWR), ambayo ina jenereta ya mvuke.
Mvuke huendesha turbine ambayo ina nguvu jenereta.
Jenereta hutoa umeme ambayo inashirikiwa kwenye gridi ya nguvu.
Aina za Reactor za nyuklia
Kote duniani kote, aina mbalimbali za rejea za nguvu za nyuklia hutumiwa. Hata hivyo, aina za kawaida ni majibu ya maji yaliyotumiwa (PWR) na majibu ya maji ya kuchemsha (BWR), ambayo yanawekwa kama majibu ya maji ya mwanga. Nchini Marekani, PWR na BWR ni aina mbili tu za mimea ya nguvu ya nyuklia inayofanya kazi.
- Maji ya maji machafu (BWR) - Katika aina hii ya reactor, fission inazalisha joto ambayo ina chemsha maji katika msingi wa reactor. Mvuke kutoka kwa maji ya moto ya moto huwa na turbine inayoendesha jenereta kuzalisha umeme. Mitambo ya kaskazini-mashariki ya Japani ya Fukushima Naiishi imeharibiwa katika tetemeko la ardhi la Machi 2011 na tsunami ni BWRs.
- Reactor maji mchanganyiko (PWR) - Aina hii ya reactor ni ya kawaida kwa ajili ya kuzalisha nishati. Inatumia maji kama baridi na msimamizi, wakala ambao husaidia kudhibiti kasi ya kufuta. Katika mifumo ya msingi ya baridi ya maji baridi, maji yanayotokana na nishati ya joto yanayotokana na kufuta wakati wa kupitia msingi, inachukuliwa chini ya shinikizo la juu na kwa hiyo haina kuchemsha. Steam huzalishwa katika kitanzi cha pili cha baridi na hutumiwa kuimarisha turbine inayoendesha jenereta ya umeme.
- CANDU na majibu ya maji yenye nguvu sana - Miundo hii hutumia maji nzito kama msimamizi. Maji nzito - na deuterium badala ya atomi mbili za hidrojeni - kama msimamizi anapunguza kasi ya neutrons katika mchakato wa fission na inaruhusu matumizi ya uranium asili, badala ya utajiri wa uranium kama mafuta.
- Kitambaa cha kitambaa cha kitambaa - Kitambaa cha juu cha joto kinachotumia baridi ya heliamu na mafuta yaliyowekwa katika nyanja za grafiti na silicon carbide ili kuhakikisha uharibifu wa bidhaa na kupinga upinzani.