Comment fonctionne une centrale nucléaire

À bien des égards, une centrale nucléaire est similaire à une centrale électrique à combustible fossile classique. Dans une installation classique, un combustible fossile (comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel) est brûlé, et la chaleur est utilisée pour faire bouillir l'eau, qui à son tour est utilisé pour produire de la vapeur. La vapeur est ensuite utilisée pour faire tourner une turbine qui est attaché à un générateur qui produit de l'électricité.

La grande différence entre une centrale électrique classique et une centrale nucléaire est que la centrale nucléaire produit de la chaleur par des réactions en chaîne de fission nucléaire.

Comprendre comment les centrales nucléaires produisent de l'électricité

La plupart des gens croient que les concepts derrière les centrales nucléaires sont extrêmement complexes. Voilà vraiment pas le cas.

Un isotope fissile, tel que l'uranium-235, est contenu dans les barres de combustible dans le coeur du réacteur. Toutes les barres de combustible comprennent ensemble la masse critique. Les barres de commande, communément en bore ou le cadmium, le sont dans le coeur, et ils agissent comme des éponges de neutrons pour contrôler la vitesse de désintégration radioactive. Les opérateurs peuvent arrêter une réaction en chaîne complètement en poussant les barres de commande tout le chemin dans le cœur du réacteur, où ils absorbent tous les neutrons. Les opérateurs peuvent alors retirer les barres de contrôle un peu à la fois pour produire la quantité désirée de la chaleur.

Un liquide (de l'eau ou parfois sodium liquide) est mis en circulation à travers le coeur du réacteur où elle absorbe la chaleur produite par la réaction de fission. Le liquide passe ensuite dans un générateur de vapeur, où la vapeur est produite car la chaleur est absorbée par l'eau. Cette vapeur est ensuite acheminé à travers une turbine à vapeur qui est relié à un générateur électrique. La vapeur est condensée et recyclée à travers le générateur de vapeur. Ce processus constitue un système fermé - qui est, pas d'eau ou de la vapeur escapes- tout est recyclé.

Le liquide qui circule à travers le coeur du réacteur est également partie d'un système fermé. Ce système fermé permet de garantir qu'aucune contamination de l'air ou de l'eau a lieu.

Lorgne les inconvénients de centrales nucléaires

Les États-Unis compte environ 100 réacteurs nucléaires, qui produisent un peu plus de 20 pour cent de l'électricité du pays. En France, près de 80 pour cent de l'électricité du pays est produite par la fission nucléaire. Les centrales nucléaires ont certains avantages. Pas de combustibles fossiles sont brûlés (économie des ressources de combustibles fossiles pour la production de matières plastiques et de médicaments), ce qui signifie qu'il n'y a pas de produits de combustion tels que le dioxyde de carbone, le dioxyde de soufre, et ainsi de suite, à polluer l'air et l'eau. Mais des problèmes importants sont associés à des centrales nucléaires.

Les questions de coûts: Ils ne sont pas pas cher

Les centrales nucléaires sont coûteux à construire et à exploiter. L'électricité qui est produite par l'énergie nucléaire coûte environ deux fois plus que l'électricité produite par les combustibles fossiles ou de centrales hydroélectriques. Un autre problème est que la fourniture de l'uranium 235 fissile est limité. De tout l'uranium naturel, seulement environ 0,75 pour cent est U-235. Une grande majorité est non fissiles U-238. A des niveaux d'utilisation actuels, le monde va manquer de naturel U-235 en moins de 100 ans. Un peu plus de temps peut être obtenue par l'utilisation de réacteurs surgénérateurs, mais la quantité de combustible nucléaire disponible dans la terre est limité, tout comme la quantité de combustibles fossiles est.

Les questions de sécurité: accidents de Three Mile Island et de Tchernobyl

Bien que les réacteurs nucléaires ont vraiment un bon dossier de sécurité, la méfiance et la peur associée à rayonnement font la plupart des gens sensibles aux questions de sécurité et les accidents. L'accident le plus grave de se produire aux États-Unis est arrivé en 1979 à la centrale de Three Mile Island en Pennsylvanie. Une combinaison de l'erreur de l'opérateur et défaillance de l'équipement causé une perte de liquide de refroidissement cœur du réacteur. La perte de liquide de refroidissement a entraîné une fusion partielle et la libération d'une petite quantité de gaz radioactifs. Il n'y avait pas de perte de vie ou blessures au personnel des végétaux ou la population générale.

Le résultat a été bien pire à Tchernobyl, en Ukraine, en 1986. L'erreur humaine, avec la conception du réacteur pauvres et de l'ingénierie, a contribué à une énorme surchauffe du coeur du réacteur, provoquant sa rupture. Deux explosions et un incendie ont entraîné, soufflant en dehors du noyau et distribution de matières nucléaires dans l'atmosphère. Une petite quantité de ce matériau a fait son chemin vers l'Asie et de l'Europe. Des centaines de personnes sont mortes. Beaucoup d'autres ont ressenti les effets de l'empoisonnement par radiation. Cas de cancer de la thyroïde, éventuellement, causée par la libération de l'I-131, ont augmenté de façon spectaculaire dans les villes environnantes de Tchernobyl, et les effets de cette catastrophe ne seront pas entièrement connu depuis de nombreuses années.

Les questions relatives à l'élimination: Se débarrasser de l'étoffe

Le processus de fission produit de grandes quantités d'isotopes radioactifs. Les demi-vies de ces isotopes radioactifs peuvent être assez long, créant un problème d'élimination. Le matériau ne va pas se dégrader, il doit donc être pris en charge en quelque sorte.

Comment les produits de déchets nucléaires peuvent être stockés en toute sécurité jusqu'à ce que la radioactivité résiduelle des isotopes a chuté à des limites de sécurité (dix demi-vies)? Comment pouvons-nous protéger l'environnement et nous-mêmes et nos enfants de ces déchets pour les générations à venir? Ces questions sont sans aucun doute le problème le plus grave associé à l'utilisation pacifique de l'énergie nucléaire.

Les déchets nucléaires est divisé en matériel de bas niveau et de haut niveau, basé sur la quantité de radioactivité émise. Aux États-Unis, les déchets de faible niveau sont stockés sur le site de production ou dans les installations de stockage spéciaux. Les déchets sont essentiellement enterrés et gardées sur les sites. Déchets de haut niveau représentent un problème beaucoup plus vaste. Ils temporairement entreposés sur le site de production, avec des plans pour finalement sceller le matériau en verre et ensuite dans des fûts. Le matériel sera ensuite stocké sous terre dans le Nevada. En tout cas, les déchets doivent être conservés en lieu sûr et tranquille pour au moins 10.000 ans. D'autres pays sont confrontés aux mêmes problèmes. Certaines matières nucléaires ont été déversés dans des tranchées profondes dans la mer, mais cette pratique a été découragée par de nombreux pays.

Produire du plutonium à des surgénérateurs

Seul l'isotope U-235 de l'uranium fissile est, parce qu'il est le seul isotope de l'uranium qui produit l'excès de neutrons nécessaires pour maintenir une réaction en chaîne. La beaucoup plus abondante isotope U-238 ne produit pas ces neutrons supplémentaires.

L'autre isotope fissile couramment utilisé, le plutonium-239 (Pu-239), est très rare dans la nature. Mais les scientifiques peuvent faire Pu-239 U-238 dans un réacteur de fission spécial appelé surgénérateur. L'uranium 238 est d'abord bombardé par un neutron pour produire U-239, qui se désintègre à Pu-239. Le processus est montré ici.

Surgénérateurs peuvent étendre la fourniture de combustibles fissiles pour de nombreuses années, et ils sont actuellement utilisés en France. Mais les Etats-Unis se déplace lentement avec la construction de réacteurs surgénérateurs en raison de plusieurs problèmes qui leur sont associés. Tout d'abord, ils sont extrêmement coûteux à construire. Deuxièmement, ils produisent de grandes quantités de déchets nucléaires. Et enfin, le plutonium qui est produit est beaucoup plus dangereux à manipuler que l'uranium et peut facilement être utilisé dans une bombe atomique.