原子核は、物理学の観点から見ると非常に複雑なオブジェクトです。 非常に複雑なため、コアのプロセスを説明する単一の理論はありません。 しかし、人類の利益のために原子力エネルギーを使用できるようにする理論があります。
ポータブル原子力
原子核からエネルギーを生成するさまざまな方法があります。 最も単純で最も明白なのは、放射性核の自然崩壊中に形成された粒子を使用することです。 それは、β崩壊またはα崩壊でバッテリーを明らかにします。 β崩壊の変形の1つでは、電子が核から離陸し、核の電荷が1増加します。 電子を収集することにより、減衰が起こる物質と電子コレクターの間の電位差を取得できます。 そのようなソースは非常に長い間動作する可能性がありますが、電力は小さく、数十マイクロワットです。
運動量保存の法則によれば、粒子が核から飛び出すとき、核は反対の運動量を獲得しなければなりません。 巨視的なレベルでは、これは腐敗物質が加熱されることを意味します。 この熱を使用すると、電気を生成できます。 熱電発電機、真空または熱電対は、放射線源に接続されています。 半導体は以下の理由であまり効果的ではありません 電離放射線による劣化。 同様のソースが、レジェンダICRCのアクティブレーダーシステムである北海ルート沿いの灯台と、遠方の惑星の探査機で使用されました。
他の方法、例えば、放射性同位体の光電気および放射性同位体の圧電源がある。 Wikipedia： Radioisotope energy sourcesで詳細をご覧ください。
連鎖反応
発電所では、根本的に異なるエネルギー生成方法が実行されます。 そこでは、核分裂のための条件が作成されます。 自然の同位体が崩壊することはほとんどありません。 しかし、中性子を吸収した核が励起状態の別の同位体の核になりうる同位体があります。 これらの核は、非常に高い確率と短い半減期で核分裂によって崩壊します。 励起核の出現条件を制御することにより、反応器内の熱放出を制御することができます。 核分裂の最適条件を得るには、異なる同位体には異なるエネルギーの中性子が必要です。 従来、中性子は低速-低エネルギーと高速、高エネルギーに分けることができます。
自然界では、核分裂連鎖反応に適した同位体から、ウラン235が最もよく見られます。 遅い中性子を取り付けると、ウラン235の核は励起状態のウラン236の核に変わります。 γ線を放出するか、他の元素の2つの原子と2つまたは3つの高速中性子に崩壊します。 反応を構築するには、中性子を減速させる必要があります。
原子力発電所
したがって、原子炉には、燃料、減速材（中性子）、制御棒（中性子吸収材）、および有用な熱を除去するための冷却材という4つの必要な物質があります。 多くの場合、クーラントとモデレーターはまったく同じ物質-水です。 発電所のほとんどの原子炉、または1つを除くすべての原子炉は、この原理で動作します。 235同位体の含有量が増加した濃縮ウランは燃料として使用され、エネルギーの3分の2は、地球上の非常に小さいウラン235の核分裂によって生成されます。
状況を修正することは可能ですか？ もちろん！ このための高速炉があります。 天然ウランが99％を超えるウラン238核は、高速中性子を吸収してウラン239に、次にネプツニウム239に、そしてプルトニウム239に変わります。 同様に、プルトニウム239は、ウラン235と同様に、熱中性子と核分裂を吸収できます。 プルトニウム239は従来の原子炉でも生成され、火力の最後の3分の1はそこから得られます。
高速中性子炉は、従来の原子炉よりもはるかに複雑です。 十分な数の高速中性子が必要であるため、冷却剤は中性子を減速させず、当然、中性子を吸収すべきではありません。 現在、熱媒として溶融金属が使用されています。
鉛が最適です。 第一に、それは実際には中性子と相互作用せず、第二に、γ線を吸収し、原子炉の生物学的保護をより薄くすることを可能にします。 鉛の欠点は、融点が高いことです。 たとえば自動保護動作後に鉛が硬化すると、リアクターはどうなりますか？ そのように原子炉を再び起動することは単に不可能です。 鉛はゆっくりと溶解し、加温反応器から熱を除去する時間がありません。 ビスマスは、融点を下げるために追加されます。 このような原子炉は潜水艦に設置されています。
発電所では、ナトリウムまたはナトリウムとカリウムの共晶混合物が冷却剤として使用されます。 一方では、450°Cでのアルカリ金属の漏れは、ビスマスを含む鉛の漏れよりもはるかに悪く、他方では、溶融温度ははるかに低くなります。 カリウムと共晶ナトリウムの場合、それはわずか19°Cです
ジェネレーションIV国際フォーラム（GIF）第4世代原子炉の概念を策定しました。 これらの原子炉は、2030年までに商業運転を開始する必要があります。 それらの中には高速中性子炉があります。 1つを除くすべての原子力発電所のすべての原子炉は現在、低速中性子で動作していることは上で述べた。 英語版ウィキペディアによると、現在、商業運転中の高速中性子炉は1つだけです。 彼は、 ベロヤルスクNPPの 3番目の動力装置の一部として働いています。 つまり、原子力産業のリーダーはロシアです。
外の原子力
主な利点は、燃料の高いエネルギー強度であり、炭化水素の約10 4倍です。 これにより、燃料を発電所に輸送したり、電力を消費者に輸送したりするコストが大幅に削減されます。 同時に、現時点では最も環境にやさしい発電方法です。 原子力発電所は、主に熱放出によって環境を汚染します。 チェルノブイリと福島を思い出す必要はありません。 両方のステーションの原子炉の設計は長い間時代遅れであるため、これらの悲劇は主に過去のエコーです。 廃棄物の処理は確かに課題です。 ただし、燃料がキログラムで測定される場合、無駄もほとんどありません。
もう1つ困難があります。 ウラン235-見込みのない燃料。 それは小さく、濃縮が必要です。 明らかに、原子力の発展に伴い、高速中性子炉が普及するでしょう。 そして、ここで問題が発生します。核燃料からさえ兵器級のウラン235を得るのは非常に困難です。1つの物質の同位体を分離する必要があります。 同時に、プルトニウムとウランの化学的性質の違いを利用できるため、武器級のプルトニウム239の入手は比較的簡単です。 これは、多くの国で現代の原子力発電所の建設が非常に複雑であることを意味します。