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Comment fonctionne une centrale nucléaire. Je sais qu'ils utilisent la chaleur pour faire fonctionner des turbines à vapeur, mais que se passe-t-il au cœur ? Comment ajoutent-ils et retirent-ils du carburant ? Comment est-il contrôlé ? Explique comme si j'avais cinq ans.
gpt
L'énergie nucléaire fonctionne par la fission (clivage) d'atomes d'uranium 235 avec des neutrons. Chaque atome qui fissonne libère un peu de chaleur et, en moyenne, 2,5 nouveaux neutrons. Cela signifie qu'il peut s'agir d'un processus exponentiel, générant rapidement beaucoup d'énergie. Le cœur nucléaire de la plupart des centrales électriques (c'est-à-dire les réacteurs à eau sous pression ou à eau bouillante) est constitué de barres d'uranium faiblement enrichi. Cela signifie que la quantité d'isotope U-235 passe de < 1 % (uranium naturel) à 5 % (le reste est de l'U-238, qui ne fissionne pas). En élevant le niveau , cela signifie qu'ils peuvent utiliser de l' eau ordinaire comme « modérateur » . Le modérateur aide à maintenir la réaction en ralentissant les neutrons produits par la fission de l' U-235 -- les fissions de l' U-235 plus facilement à partir de neutrons plus lents , ce qui signifie que vous en avez besoin de moins pour maintenir une réaction. (Les raisons à cela sont intéressantes mais peut-être un peu au-delà de l'explication à un niveau ELI5, alors prenez-le simplement pour acquis que le fait d'être dans l'eau améliore le fonctionnement de la réaction. Notez que ce type de réacteur, qui utilise de l'eau ordinaire, s'appelle un réacteur " à eau légère " , pour le distinguer des réacteurs qui utilisent de " l' eau lourde " -- l' oxyde de deutérium . De tels réacteurs ne nécessitent pas d' enrichir le combustible , mais ne sont généralement pas aussi bons à des fins énergétiques . ) Dans une bombe nucléaire , vous voulez un réaction nucléaire qui libère toute l'énergie très, très rapidement. Dans un réacteur , vous ne voulez pas cela , évidemment . Vous voulez une réaction qui passe de zéro à "assez grande" assez rapidement, mais qui reste ensuite plus ou moins constante. La façon d'atteindre cette constance est à la fois de concevoir le réacteur de sorte qu'il soit plus difficile pour lui de fissionner comme un fou (il y a plusieurs façons de le faire), mais aussi par des barres de contrôle. Ce sont des barres composées de substances qui absorbent facilement les neutrons, comme le cadmium ou le bore. Donc, une façon de voir un réacteur est comme une machine produisant des neutrons. Vous voulez une bonne « économie de neutrons », où vous avez assez de neutrons pour maintenir la réaction, mais pas trop de neutrons pour qu'elle devienne incontrôlable. L'utilisation de barres de contrôle est le principal moyen par lequel l'économie neutronique peut être affectée directement par les opérateurs, en l'augmentant ou en la diminuant selon leurs besoins. Il existe d'autres astuces d'ingénierie pour obtenir des réactions plus efficaces avec moins de carburant, comme avoir un matériau réfléchissant les neutrons entourant le carburant. Conséquence de toute cette fission, le réacteur génère beaucoup de chaleur. Selon le type de réacteur (c.-à-d. réacteur à eau pressurisée ou réacteur à eau bouillante), la chaleur est siphonnée hors du cœur de diverses manières, puis transformée en vapeur, puis acheminée vers une turbine. Pour ajouter et retirer du carburant, vous arrêtez toute la réaction (insérez toutes les barres de commande). Ensuite, vous avez une machine automatisée à distance qui enlève ces barres de combustible. Tout cela se passe sous l'eau, car après avoir passé un certain temps à l'intérieur du réacteur, les barres de combustible deviennent très radioactives. Les barres sont ensuite transportées ( encore une fois , toujours sous l' eau ) dans une piscine de combustible usé séparée ( généralement près du bâtiment du réacteur ) , où elles reposent pendant environ 5 ans environ . Cela leur permet d'évacuer le pire de leur rayonnement et ils peuvent ensuite être retirés et mis en fûts secs. L'ajout de nouveau combustible n'est pas si grave, car le combustible est à peine radioactif avant d'avoir été à l'intérieur d'un réacteur. Ils ont des moyens d'enlever les couvercles des cuves des réacteurs et des machines pour insérer les nouvelles barres de combustible. Dans de nombreuses localités, vous pouvez obtenir une visite des centrales nucléaires simplement en demandant gentiment. Je le recommande vivement, car jusqu'à ce que vous le voyiez en personne, il est facile d'abstraire tout cela dans les simples organigrammes que vous trouverez sur Wikipedia ou autre. En personne, ils sont très impressionnants, de très grandes installations. J'ai eu l'occasion de visiter la centrale nucléaire de Seabrook Station il y a quelques années et je l'ai trouvée très intéressante, à la fois en raison de sa taille et de sa banalité ennuyeuse. La plupart des réacteurs nucléaires sont mortels... ennuyeux, et fonctionnent dans des conditions complètement inintéressantes presque 100% du temps, et cela, paradoxalement, rend leur visite en personne plutôt intéressante.