1. Fissione nucleare:
* Il cuore del reattore: Il processo inizia nel nucleo del reattore, in cui le aste di combustibile per uranio subiscono una fissione nucleare.
* Reazione a catena: I neutroni bombardano gli atomi di uranio, facendoli dividere e rilasciare enormi quantità di energia, incluso il calore. Questo processo è controllato attraverso l'uso di aste di controllo che assorbono i neutroni e regolano il tasso di fissione.
2. Trasferimento di calore al refrigerante primario:
* Acqua come mezzo: Il calore generato nel nucleo viene trasferito su un refrigerante primario, in genere acqua ad alta pressione (reattore ad acqua pressurizzata) o una miscela di acqua e vapore (reattore d'acqua bollente).
* Scambio di calore: Questo refrigerante primario circola attraverso il nucleo del reattore, assorbendo il calore rilasciato per fissione.
3. Trasferimento di calore al refrigerante secondario:
* Generazione del vapore: Il refrigerante primario caldo scorre quindi attraverso uno scambiatore di calore, trasferendo il suo calore a un refrigerante secondario, che in genere è acqua in un sistema separato.
* Produzione a vapore: Questo calore trasforma l'acqua secondaria in vapore.
4. Generazione di energia della turbina a vapore:
* Conversione di energia: Il vapore ad alta pressione guida una turbina, convertendo l'energia termica in energia meccanica.
* Produzione di elettricità: La turbina è collegata a un generatore, che converte l'energia meccanica in energia elettrica.
5. Acqua di raffreddamento:
* Condensazione: Il vapore dalla turbina è diretto a un condensatore, dove viene raffreddato da un terzo sistema idrico (acqua di raffreddamento). Questo processo condensa il vapore in acqua liquida.
* Repetizione del ciclo: L'acqua condensata viene quindi pompata allo scambiatore di calore, completando il ciclo.
Concetti chiave:
* Conduzione: Trasferimento di calore tramite contatto diretto (ad es. Il nucleo del reattore al liquido di raffreddamento primario).
* Convezione: Trasferimento di calore attraverso il movimento dei fluidi (ad es. La circolazione del refrigerante primario).
* Radiazione: Trasferimento di calore attraverso le onde elettromagnetiche (sebbene ciò sia meno significativo in un reattore nucleare).
Sicurezza ed efficienza:
* Barriere multiple: Le centrali nucleari impiegano più strati di protezione per prevenire il rilascio di radioattività. Questi includono strutture di contenimento, sistemi di raffreddamento di emergenza e circuiti di trasferimento di calore multipli.
* Efficienza termica: Le centrali nucleari sono molto efficienti nel convertire l'energia termica in elettricità, con efficienze termiche in genere circa il 33%.
Nota importante: I dettagli esatti del processo di trasferimento del calore possono variare leggermente tra diversi progetti di reattori. Tuttavia, i principi fondamentali della fissione nucleare e dello scambio di calore rimangono coerenti.
