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Es posible construir una termoeléctrica planta de energía nuclear?

Actual de las plantas de energía nuclear son esencialmente una versión mejorada de un hervidor de agua, lo que parece una estupidez, causada por una falta de otras opciones. Ponemos a calentar el agua que se transforma en vapor, el cual gira la turbina, que es la pérdida total de energía debido a las varias conversiones.

Busqué en google un poco y encontré que en realidad no existe el efecto termoeléctrico que permite la conversión de calor en electricidad directamente. Sí, yo no sabía nada de él hasta el día de hoy. ;)

Es posible a su vez el calor del reactor nuclear directamente a la electricidad? Han habido intentos de hacer?

Yo no estoy preguntando por qué no lo usamos en la actualidad, mi pregunta es acerca de si es posible, en principio, y si alguien lo ha intentado.

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JRT Puntos 97

La eficiencia de un generador termoeléctrico es de alrededor de 5 - 8%.

La eficiencia de una gran turbina de vapor de la planta de energía de métodos del 40%.

De hecho, la eficiencia termodinámica de una gran turbina de vapor de la planta de energía está por encima del 90%, por lo que es casi tan eficiente como cualquier cosa podría ser. La máxima eficiencia posible de un vapor impulsada por motor está dada por la idealizada modelo de un motor de Carnot. La eficiencia es limitada en última instancia por la diferencia de la temperatura, el calor y el frío extremos del motor y las modernas plantas de energía están muy cerca de este máximo teórico.

Los generadores termoeléctricos tienden a ser usado sólo cuando otro restricciones de la fuerza de su uso. Por ejemplo la Curiosidad rover utiliza un generador termoeléctrico con una eficiencia de alrededor del 6%. La menor eficiencia es compensada por una falta de partes móviles, y por supuesto la falta de disponibilidad de agua en Marte desde el que hacer de vapor.

20voto

ash108 Puntos 226

mi pregunta es acerca de si es posible, en principio,

La respuesta es .

y si nadie lo intentó.

La respuesta es por todas las posibilidades, no.

Así que, ¿por qué?

El efecto

El efecto termoeléctrico para la generación de electricidad (el llamado efecto Seebeck) es el fenómeno que se genera un voltaje a una temperatura diferente a través de los extremos de un conductor:

$$V=S\Delta T$$

donde $S$ es el coeficiente de Seebeck, un material propety. Todo lo que necesitamos es una diferencia de temperatura, es decir, una caliente y una fuente de frío. Dicho en otras palabras, cualquier fuente de calor y de cualquier fuente de frío. Tan seguro, si usted tiene un calor de origen nuclear es sin duda, y el agua de enfriamiento que es un método habitual para las plantas de energía nuclear, sólo se necesita un material que tiene buenas propiedades en este rango de temperatura.

Los materiales

Pero aquí viene el problema. La búsqueda y la investigación en materiales termoeléctricos es el freno en este campo. Nosotros simplemente no lo suficientemente buenos materiales en el momento. El tema todavía se siente nuevo, aunque descubierto algunos cientos de años atrás, y los mejores materiales en la actualidad todavía son aquellos que se encontraron en la década de 1950. Estamos mejorando y mejorando, pero las eficiencias son simplemente demasiado bajos en comparación con cualquier otra fuente.

La eficiencia

No sé la eficacia típica de una planta de energía nuclear. Pero un motor diesel como ejemplo es alrededor de un 40% y es uno de los más eficientes prácticas de los motores existentes y en uso hoy en día.

Ahora, la máxima eficiencia de los dispositivos termoeléctricos es dada como:

$$\mu_{max} =\frac{T_C-T_H}{T_H}\cdot \frac{\sqrt{1+ZT}-1}{\sqrt{1+ZT}+T_H/T_C}=\mu_{Carnot}\cdot\mu_{r}$$

donde $T_H$ y $T_C$ son el calor y el frío extremo de las temperaturas, y la eficiencia de Carnot es de $\mu_{Carnot}=\frac{T_C-T_H}{T_H}$. El $\mu_r$, llamó a la disminución de la eficacia o eficiencia de conversión, es tal vez realisticly en alrededor de $10\%$, mientras que el de Carnot podría ser tal vez de $60\%$ - multiplicar juntos, y la máxima eficiencia de $\mu_{max}$ es simplemente demasiado bajo.

La figura de mérito

Todo se reduce a lo que se llama la figura de mérito $ZT$, dado como:

$$ZT=\frac{S^2\sigma}{\kappa}$$

Para presentar el estado de los materiales de arte es sólo alrededor de 1 a 1½. Yo estoy trabajando con la aleación de Telururo de Bismuto, el mejor material en el momento en el menor rango de temperatura alrededor de la temperatura ambiente a la temperatura de 100 a 200 grados C, de los cuales el más grave de $zT$ logrado es de $zT \sim 1.45$ habitualmente se considera que se necesita para llegar a alrededor de 3-4 para un material para ser usado en la industria. Ver la gráfica de la $\mu_r$ abajo mostrando el valor para diferentes $ZT$s en la variación de la temperatura.

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Fuente: Rowe, D. M.: "Termoelectrics Manual - Macro para nano", Taylor & Francis Group, 2006.

El problema es, principalmente, la cuestión de la reducción de la conductividad térmica de $\kappa$. Esto se debe principalmente a la ciencia de los materiales y un material de problema, tenemos que superar - pero yo estoy totalmente de acuerdo en que este fenómeno físico debe tener un enorme potencial en algún momento.

Así que, no sé si alguien ha intentado alguna vez poner en una planta de energía nuclear. Pero yo realmente no lo creo. Siempre los mejores materiales, se tomará años para que ellas sean integradas en gran escala de las plantas.

14voto

Count Iblis Puntos 3330

En principio, la caída en la energía de Gibbs cuando el uranio se convierte a los productos de fisión está disponible para realizar trabajo útil. Mientras que un motor de vapor no se acerca a la máxima eficiencia posible y alcanzable (que es muy cercana al 100%), una termoeléctrica dispositivo tendrá mucho peor rendimiento, como se señaló en detalle en las otras respuestas. La única manera que usted puede conseguir realmente cerca de casi el 100% de eficiencia teórica es la de utilizar la energía cinética de los productos de fisión directamente, en lugar de capturar la energía que resulta de que la energía cinética se disipa en calor primero.

2voto

Renaud Bompuis Puntos 10330

Sí, la gente utiliza la energía termoeléctrica como parte de muy pequeña escala nuclear de sistemas de generación de energía, principalmente en las naves espaciales: Ver Termoeléctricos de Radioisótopos Generador.

Normalmente las personas no llamar a estas cosas "la energía nuclear de las plantas", pero definitivamente son un tipo de generación de energía nuclear.

0voto

Jeffrey Knight Puntos 2654

Lockheed Martin hace un LH3 y LH8 que se termoeléctrica nuclear generadores de energía. Usted puede por nuevos o usados. Usted tiene que conseguir el combustible de la DoE o los Rusos.

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