Атомная электростанция (или АЭС) — это сложная система сооружений, направленных на создание электрического тока. Атомной электростанция названа потому, что для создания электрического тока используется энергия, которая возникает при ядерной реакции.
Главным компонентом АЭС является атомный реактор – место, где происходит цепная реакция, в результате которой выделяется огромное количество энергии. При делении тяжелых ядер образуется несколько свободных нейтронов. Это позволяет организовать реакцию деления, при которой нейтроны, распространяясь в среде, содержащей тяжелые элементы, могут вызвать их деление. При этом происходит испускание новых свободных нейтронов, поэтому реакция называется цепной.
В определённой среде число вновь новых нейтронов увеличивается, в результате чего нарастает и процесс деления. Если же число нейтронов при последующих делениях уменьшается, цепная ядерная реакция постепенно прекращается. Поэтому для стабильной цепной ядерной реакции, необходимо создать условия, в которых при делении ядра, поглотившего один нейтрон, будет выделяться частица, необходимая для деления следующего ядра. Устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер, называется ядерным реактором.
Цепная реакция в ядерном реакторе может осуществляться только при определенном количестве делящихся ядер. В настоящее время для осуществления подобных реакций применяется изотоп урана (235U). В естественном уране (238U) его содержится всего лишь 0,7%.
Для характеристики цепной реакции деления использует коэффициент размножения К -отношение числа нейтронов определенного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. Для стационарной цепной реакции деления К=1. Реактор, в которой К=1, называется критической. Если К>1, число нейтронов в системе увеличивается, и она в этом случае называется надкритической. При К < 1 происходит уменьшение числа нейтронов, и система называется подкритической.
Энергия, полученная в результате ядерной реакции, используется для нагревания воды, а точнее, для превращения воды в пар. Пар в свою очередь воздействует на лопасти турбины, которая соединена с генератором. В результате вращения турбины генератор начинает создавать электрическую энергию, которая распределяется по разным направлениям и поступает к источнику потребления электроэнергии. Для того чтобы турбина постоянно вращалась, необходимо, чтобы непрерывно образовывался пар. Поэтому, АЭС имеет мощную систему охлаждения – конденсатор, где «отработанный» пар охлаждается, превращается в воду, а после (уже вода) снова подается к нагревателям в здание реактора. Для охлаждения пара используется проточная вода, поэтому рядом с АЭС строят водохранилища с большим бассейном (запасом воды).