Proseminarium fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych I

Prezentacja na temat: "Proseminarium fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych I"— Zapis prezentacji:

1 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

2 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

3 Powielanie neutronów – reakcja łańcuchowa

4 Rodzaje paliwa Izotopy paliworodne Izotopy paliwowe Uran 238 Uran 235
Tor 232 Izotopy paliwowe Uran 235 Uran 233 Pluton 239

5 Przekroje czynne Neutrony prędkie Ekin > 100 keV Neutrony termiczne
Ekin ~ 25 meV Co ułatwia utrzymanie reakcji łańcuchowej? wzbogacenie paliwa w U-235 spowolnienie neutronów

6 Elementy reaktora jądrowego
Podstawowe elementy reaktora jądrowego: paliwo moderator chłodziwo absorber neutronów reflektor zbiornik reaktora

7 Reaktywność

8 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

9 Sterowanie reaktorem

10 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)

11 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)

12 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: MWc Dwa obiegi wody

13 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

14 Reaktor CANDU Kalandria Wiązka paliwowa

15 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

16 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

17 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

18 Reaktor ADS Moderator - ołów Sterowany akceleratorem
Reaktor pracuje podkrytycznie Paliwo: tor 232 i aktynowce Zastosowanie: transmutacja odpadów promieniotwórczych

19 Nieco danych liczbowych:

20 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)

21 Dziękuję za uwagę…

22 Układy bezpieczeństwa
Pasywne Obudowy bezpieczeństwa Osłona biologiczna Zbiorniki z wodą Chwytacz stopionego rdzenia Aktywne Pręty bezpieczeństwa Wstrzykiwana trucizna (bor, azotek gadolinu) Zawory ciśnieniowe