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 paliworodne Izotopy paliwowe Uran 238 Uran 235 Tor 232 Izotopy paliwowe Uran 235 Uran 233 Pluton 239

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 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 Klasyfikacja wobec zakresu widma neutronów Reaktory na neutrony prędkie Reaktory na neutrony termiczne Klasyfikacja ze względu na użyty moderator Reaktory bez moderatora Moderowane H2O Moderowane D2O Moderowane grafitem Klasyfikacja ze względu na rodzaj chłodziwa Chłodzone wodą (lekka woda i ciężka woda) Chłodzone gazem (CO2, hel) Chłodzone ciekłym metalem (sód, ołów)

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 Chłodziwo – woda Moderator – woda 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

Elektrownia Pickering w Kanadzie Reaktor CANDU Chłodziwo – ciężka woda Moderator – ciężka woda Paliwo: naturalny uran Pręty paliwowe umieszczone są poziomo w kalandriach Elektrownia Pickering w Kanadzie

Reaktor FBR Chłodziwo – ciekły sód Produkowania moc: 1000 MWc 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 24Na Łatwopalność sodu Szczególne zastosowanie: napędy łodzi podwodnych

Element paliwowy reaktora typu HTGR Reaktor HTGR Element paliwowy reaktora typu HTGR Wymiana paliwa w trakcie pracy reaktora Wysoka sprawność: 40,5% Szczególne zastosowanie: odsalanie wody, produkcja wodoru Chłodziwo – gaz (hel) Temperatura chłodziwa: 1000 oC Moderator – grafit Paliwo – uran 235 i tor 232

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 (European Pressurized Reactor) GE Hitachi Nuclear Energy Americas ESBWR (European Simplified Boiling Water 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