¿Cómo se extrae la energía de una barra de combustible en los reactores nucleares?

Answer 1

No es tanto una extracción de energía como una forma elegante de hervir agua.

El combustible se permite (y en algunos casos se induce, al inducir más neutrones) a la fisión en presencia de un moderador, lo que reduce los neutrones a energías donde es probable que cause fisión al ser capturado por el combustible y hacerlo inestable, ya que es inestable. la fuerza nuclear fuerte ya no es lo suficientemente fuerte como para mantener todo el átomo unido, como si tuvieras que sostener demasiados tacos o cualquier cosa ligera; puede ser más que lo suficientemente fuerte como para transportar físicamente más, pero en cierto punto la masa se vuelve inestable.

Esta fisión emite una gran cantidad de energía cinética con sus productos de fisión, que es esencialmente calor.

Tiene suficientes fisión y comienza a generar calor notable. No se me permite decir a qué temperatura, otras personas podrían hacerlo.

Se pasa un refrigerante, a menudo agua, a través del núcleo y luego a un intercambiador de calor, donde hierve el agua, o algunos reactores hierven el agua directamente en el combustible.

Este vapor se canaliza a las turbinas que generan electricidad. Y así es como se obtiene energía de un reactor.

Answer 2

Se trata de la diferencia de temperatura entre las pastillas de combustible y el refrigerante del reactor.

Cuando existe una diferencia de temperatura , el calor fluye espontáneamente del sistema más cálido al sistema más frío . La transferencia de calor ocurre por conducción o por radiación térmica . Cuando se detiene el flujo de calor , se dice que están a la misma temperatura . Luego se dice que están en equilibrio térmico .

La mayor parte del calor generado en el combustible nuclear se libera dentro de los gránulos de combustible y la distribución de temperatura está determinada principalmente por la distribución de generación de calor. Luego, el calor fluye a través del gránulo de combustible (conducción térmica), el espacio del revestimiento del gránulo, luego a través del revestimiento (conducción térmica) y finalmente se extrae mediante refrigerante del reactor (convección forzada).

Ver también: transferencia de calor

Tenga en cuenta que, como se puede ver en la descripción de los componentes individuales de la energía energética total liberada durante la reacción de fisión, se genera una cantidad significativa de energía fuera del combustible nuclear (barras de combustible externas). Especialmente la energía cinética de los neutrones rápidos se genera en gran medida en el refrigerante ( moderador ) . Este fenómeno necesita ser incluido en los cálculos nucleares.

Para LWR, generalmente se acepta que aproximadamente el 2.5% de la energía total se recupera en el moderador . Esta fracción de energía depende de los materiales, su disposición dentro del reactor y, por lo tanto, del tipo de reactor.

La siguiente figura muestra la distribución de temperatura en la pastilla de combustible a varios niveles de potencia.

Fuente: nuclear-power.net

Answer 3

En realidad, ‘extraído’ no es un buen término para entender esto. ¡Debido a que el combustible nuclear libera energía y esta energía se transforma en calor, luego en energía mecánica y finalmente en energía eléctrica!

Cuando se establece una cierta cantidad de flujo de neutrones, el uranio-235 en las barras de combustible se fisiona y ese proceso genera mucho calor. Ahora que la barra está en agua (sistema de enfriamiento primario), el agua se calentará con la barra más caliente.

Esta agua caliente del sistema de enfriamiento primario es enfriada por el sistema de enfriamiento de agua secundario usando un recuperador. Este sistema generalmente exhibe una presión más baja y el agua se transforma en vapor y se pone en turbinas de vapor.

Mediante la rotación de las turbinas de vapor, se alimenta un electrogenerador adjunto que ‘produce’ la energía eléctrica. ¡De hecho, la energía térmica se transforma en energía mecánica que se transforma en energía eléctrica!

Por fin está el sistema de enfriamiento terciario (generalmente una torre de enfriamiento, un río o un océano) que enfría el agua que ha pasado a través de las turbinas para que el ciclo del agua se complete nuevamente. El agua enfriada del sistema de enfriamiento secundario puede enfriar nuevamente el agua del sistema de enfriamiento primario.

Answer 4

Cuando un neutrón causa una fisión, los neutrones y protones en los productos de fisión resultantes están unidos más estrechamente. La diferencia en la energía de unión entre el átomo original y los productos de fisión es la energía liberada por el evento de fisión. La mayor parte de esta energía se destina a la energía cinética de los fragmentos de fisión. Estos fragmentos de fisión interactúan con los otros átomos en la barra de combustible, aumentando su energía cinética. La temperatura es una medida de la energía cinética de un material, por lo que cuando los fragmentos de fisión aumentan la energía cinética de los átomos en un material, en realidad solo aumentan la temperatura de ese material. Un reactor nuclear bombea agua más allá de las barras de combustible para eliminar el calor generado por las interacciones de los fragmentos de fisión. Esto hace que el agua se caliente y eventualmente se convierta en vapor. El vapor se usa para hacer girar una turbina que hace girar un generador y produce electricidad.

Answer 5

La reacción de fisión en cadena y la descomposición de algunos de los productos de fisión emiten energía como cualquiera de los tres tipos básicos de radiación, alfa, beta y gamma. Estas radiaciones son absorbidas por el material circundante principalmente como calor. Ese calor está en un medio líquido o gaseoso que puede circular al intercambiador de calor que lo transfiere a otro medio. Generalmente hay al menos dos etapas para que cualquier radioactividad en el primer medio se aísle y permanezca dentro del reactor. Tenga en cuenta que el combustible puede estar en forma líquida y circular entre el reactor y el primer intercambiador de calor. Es probable que los reactores de combustible líquido se vuelvan comunes en el futuro, ya que los líquidos son mucho más fáciles de mover y procesar.
Ahora tienes algo muy caliente. Se puede hacer mucho con la energía en forma de calor, ya sea por fisión nuclear o por la quema de carbón. (Excepto que si se trata de la fisión nuclear, no hay una gran cantidad de desechos sólidos tóxicos y gas CO2). El agua hirviendo para impulsar los generadores de vapor es quizás la forma más común de convertir la energía en electricidad. Pero hay muchas más formas de usar la energía térmica, dependiendo de qué tan caliente sea, cuanto más caliente mejor para algunos usos.

Answer 6

La temperatura en el combustible es más alta que la temperatura del refrigerante. La energía en forma de calor se conduce al refrigerante a través del revestimiento de combustible. Es termodinámica simple.

Answer 7

La caña se calienta. El agua fluye por la barra caliente. Directamente o indirectamente se produce vapor. El vapor impulsa una turbina. La turbina acciona un generador. El generador suministra la red. La red abastece tu casa. Conecta la tostadora a la toma de corriente.

Es algo así como un milagro.