Strona głównaPytania → W jaki sposób można uzyskać...

W jaki sposób można uzyskać energię elektryczną z energii jądrowej?

Pytanie

Pyta Mariusz

Obecnie w elektrowniach atomowych energię elektryczną uzyskuje się poprzez podgrzanie/wytworzenie pary, która napędza turbiny. Czy istnieje inny sposób (nawet teoretyczny), w którym moglibyśmy uzyskać energię elektryczną z energii jądrowej? Jeśli tak, to jaka by była wydajność takiego procesu?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

Podczas rozszczepienia jądra wywołanego neutronami uzyskuje się około 200 MeV energii. Ta energia jest podzielona pomiędzy:

  • energię kinetyczną fragmentów rozszczepienia – około 165 MeV (zasięg poniżej 1 mm)
  • energię kinetyczną neutronów natychmiastowych – około 5 MeV (zasięg około 10 cm)
  • promieniowanie gamma – 15 MeV (zasięg do 1 m)
  • opóźnione w czasie promieniowanie beta – 7 MeV (zasięg poniżej 1 mm)
  • opóźnione w czasie promieniowanie gamma – 6 MeV (zasięg do 1 m)
  • antyneutrina – 10 MeV (zasięg praktycznie nieskończony)

Z tej listy, patrząc na zasięg danych cząstek, jesteśmy w stanie zatrzymać praktycznie całą energię w reaktorze, oprócz antyneutrin. Ta energia zamienia się w energię termiczną, czyli podgrzewa chłodziwo w reaktorze. Dopiero proces konwersji energii termicznej na elektryczną w generatorze prądu (identycznym jak w konwencjonalnych elektrowniach) przynosi straty i ma wydajność około 30-40%.

Czysto teoretycznie, można by sobie wyobrazić, że podobnie jak mamy panele słoneczne, czyli ogniwa fotowoltaiczne przekształcające energię padających fotonów w prąd elektryczny, moglibyśmy zbudować ich odpowiedniki dla fragmentów rozszczepienia, czy promieniowania beta. Dla tego drugiego procesu, takie urządzenia istnieją i noszą nazwę betawoltaicznych i są stosowane do budowy baterii stosowanych np. w rozrusznikach serca lub sondach kosmicznych. Wydajność tego procesu jest jednak niewielka – zaledwie kilka procent. Promieniowania gamma i neutrony są zbyt przenikliwe, aby dało się zbudować taki odpowiednik, więc ta część energii byłaby stracona. Ponadto trudno sobie wyobrazić praktyczną realizację tego pomysłu. Problemem byłby np. sposób rozłożenia paliwa, które musiałoby się znajdować w bardzo cienkich warstwach pomiędzy panelami, czy zadbanie o żywotność użytych elementów elektronicznych, które szybko ulegają zniszczeniu wskutek reakcji z neutronami.