Энергия скрыта не в горении, а в ядре
Уголь выделяет тепло, когда его атомы соединяются с кислородом: перестраиваются электронные связи между атомами. В ядерном топливе источник энергии глубже — в самих атомных ядрах. При делении ядро урана распадается на более лёгкие части, а небольшая разница в их массе превращается в энергию. Поэтому одинаковый объём топлива может дать очень разное количество тепла.
Таблетка сделана из диоксида урана — твёрдого керамического материала. Её помещают в металлическую трубку, а такие трубки собирают в топливные сборки внутри реактора. Таблетка не горит, как уголь: тепло возникает, когда в ней поддерживается управляемая цепная реакция — деление одних ядер высвобождает нейтроны, которые могут вызвать деление следующих.
От деления ядер к электричеству
Реактор не выпускает энергию напрямую в розетку. Выделившееся тепло нагревает теплоноситель — обычно воду, которая отводит тепло от топлива. Далее пар вращает турбину, а турбина приводит в действие генератор. Так энергия атомных ядер проходит длинную инженерную цепочку, прежде чем стать электричеством.
Сравнение с углём показывает прежде всего плотность энергии: сколько тепла можно получить из данного количества топлива. Уголь нужно сжечь и обеспечить кислородом; ядерное топливо при делении высвобождает гораздо больше энергии на единицу массы. Но одной таблетке для этого не достаточно просто оказаться в реакторе: важны состав топлива, устройство активной зоны и условия, при которых реакция остаётся устойчивой.
Практическое следствие заметно уже при перевозке и хранении: для получения большого количества тепла атомной станции требуется сравнительно небольшая масса топлива. Зато к инженерной задаче добавляется необходимость безопасно контролировать реакцию и обращаться с отработавшим топливом.
