Transcript 1.03.2011 - Michal Czerwinski - "Rodzaje reaktorow jadrowych"

Proseminarium fizyki jądra atomowego
i cząstek elementarnych I
Temat:
Rodzaje reaktorów jądrowych
Autor: Michał Czerwiński
Opiekun: dr Przemysław Olbratowski
Plan wykładu:
• Rozszczepienie i reakcja łańcuchowa
• Podstawowe elementy budowy reaktora jądrowego
• Podział reaktorów jądrowych
• Najważniejsze typy reaktorów jądrowych
1 marca 2011
Reakcja rozszczepienia
Proces zachodzi spontanicznie dla Z2/A > 51
ale jest on korzystny już dla Z2/A > 18
Uran 235:
•
•
•
wypromieniowuje od 1 do 6 a nawet 8 neutronów
średnia energia neutronu to 2 MeV
całkowita energia z rozpadu jednego jądra uranu 235 wynosi około 200 MeV
Powielanie neutronów – reakcja łańcuchowa
Rodzaje paliwa
•
Izotopy paliwowe
Uran 235
• Uran 233
• Pluton 239
•
•
Izotopy paliworodne
•
Uran 238
•
Tor 232
Przekroje czynne
Neutrony prędkie
Ekin > 100 keV
Neutrony termiczne
Ekin ~ 25 meV
Co ułatwia utrzymanie reakcji łańcuchowej?
• wzbogacenie paliwa w U-235
• spowolnienie neutronów
Elementy reaktora jądrowego
Podstawowe elementy
reaktora jądrowego:
• paliwo
• moderator
• chłodziwo
• absorber neutronów
• reflektor
• zbiornik reaktora
Reaktywność
Neutrony natychmiastowe i opóźnione
•
Neutrony natychmiastowe
(Neutrony powstałe bezpośrednio po reakcji rozszczepienia)
•
Neutrony opóźnione
(Neutrony wyemitowane z fragmentów rozszczepienia po rozpadach beta)
Źródła neutronów opóźnionych:
87Kr, 87Br
Sterowanie reaktorem
Podział reaktorów jądrowych
•
•
•
•
Klasyfikacja ze względu na przeznaczenie
•
•
•
•
Energetyczne
Napędowe
Badawcze
Powielające
•
•
Reaktory na neutrony prędkie
Reaktory na neutrony termiczne
•
•
•
•
Reaktory bez moderatora
Moderowane H2O
Moderowane D2O
Moderowane grafitem
•
•
•
Chłodzone wodą (lekka woda i ciężka woda)
Chłodzone gazem (CO2, hel)
Chłodzone ciekłym metalem (sód, ołów)
Klasyfikacja wobec zakresu widma neutronów
Klasyfikacja ze względu na użyty moderator
Klasyfikacja ze względu na rodzaj chłodziwa
Najważniejsze typy reaktorów jądrowych
•
PWR
(reaktor ciśnieniowy chłodzony i moderowany lekką wody)
(Pressurized Water Reactor )
•
BWR
(reaktor wrzący chłodzony i moderowany lekką wodą)
(Boiling-Water Reactor)
•
CANDU
( kanadyjski reaktor ciśnieniowy chłodzony i moderowany ciężką wodą)
(Canadian Deuterium Uranium)
•
FBR
(prędki reaktor powielający)
(Fast Breeder Reactor)
•
HTGR
(reaktor wysokotemperaturowy chłodzony gazem i moderowany grafitem)
(High Temperature Gas-cooled Reactor)
•
ADS
( reaktor podkrytyczny sterowany akceleratorem)
(Accelerator Driven System)
Reaktor PWR
Elektrownia jądrowa Ohi w Japonii
•
•
•
•
Chłodziwo – woda
Moderator – woda
Ciśnienie wewnątrz 15 MPa
Temperetuta wody 350 oC
• Paliwo: wzbogacony uran 235 (3%)
• Wymiary zbiornika: 5x15 m
• Produkowania moc: 3500 MWc
• Dwa obiegi wody
Reaktor BWR
•
•
•
•
•
•
•
Elektrownia Olkiluoto w Finlandii
Chłodziwo – woda
Moderator – woda
Paliwo: wzbogacony uran 235 (3%)
Jeden obieg wody
Ciśnienie wewnątrz: 7 MPa
Woda w obiegu ulega skażeniu
Mniejsza gęstość mocy niż w przypadku reaktora typu PWR o tych samych rozmiarach
Reaktor CANDU
Kalandria
Wiązka paliwowa
Reaktor CANDU
•
•
•
•
Chłodziwo – ciężka woda
Moderator – ciężka woda
Paliwo: naturalny uran
Pręty paliwowe umieszczone są
poziomo w kalandriach
Elektrownia Pickering w
Kanadzie
Reaktor FBR
Elektrownia Monju w Japonii
•
•
•
•
Chłodziwo – ciekły sód
Brak moderatora
Prędkie neutrony
Paliwo: urnowo-plutonowe
(wysoko wzbogacone 15-75%)
•
Produkowania moc: 1000 MWc
•
Rozmiary rdzenia;: 1,5x1 m
•
Powstaje radioaktywny
•
Łatwopalność sodu
•
Szczególne zastosowanie: napędy łodzi
podwodnych
24Na
Reaktor HTGR
Element paliwowy reaktora typu
HTGR
•
•
•
•
Chłodziwo – gaz (hel)
Temperatura chłodziwa: 1000 oC
Moderator – grafit
Paliwo – uran 235 i tor 232
• Wymiana paliwa w trakcie pracy reaktora
• Wysoka sprawność: 40,5%
• Szczególne zastosowanie: odsalanie wody,
produkcja wodoru
Reaktor ADS
•
•
•
•
•
Moderator - ołów
Sterowany akceleratorem
Reaktor pracuje podkrytycznie
Paliwo: tor 232 i aktynowce
Zastosowanie: transmutacja odpadów promieniotwórczych
Nieco danych liczbowych:
Reaktor dla Polski
Westinghouse Electric Company
AP 1000 (Advanced Passive Reactor)
EDF i Areva
EPR
GE Hitachi Nuclear Energy Americas
ESBWR
(European Simplified Boiling Water
Reactor)
(European Pressurized Reactor)
Dziękuję za uwagę…
Układy bezpieczeństwa
•
Pasywne
•
•
•
•
•
Obudowy bezpieczeństwa
Osłona biologiczna
Zbiorniki z wodą
Chwytacz stopionego rdzenia
Aktywne
• Pręty bezpieczeństwa
• Wstrzykiwana trucizna (bor, azotek gadolinu)
• Zawory ciśnieniowe