Energia jądrowa

1. Energia jądrowa Autor prezentacji: Krzysztof Papuga Uczeń klasy VT5, rok szkolny 2004/2005 • wyzwala się w procesie rozszczepiania atomów pierwiastków ciężkich • w bombie atomowej proces rozszczepienia zachodzi bardzo szybko, w sposób niekontrolowany. • w reaktorze jądrowym reakcja jest starannie kontrolowana i zachodzi dużo wolniej. Produkowana energia zamienia wodę w parę, która porusza duże turbiny napędzające generatory.

2. Reaktor jądrowy Reaktor jądrowy to urządzenie, które wytwarza energię poprzez kontrolowane reakcje rozszczepienia. W reaktorze paliwo jądrowe ulega rozszczepieniu z jednoczesnym wyzwalaniem się energii cieplnej. Atomy paliwa rozszczepiają się od czasu do czasu samorzutnie, wysyłając neutrony, które mogą wywołać rozszczepienie innych atomów i reakcję łańcuchową. Rdzeń reaktora zawiera pręty kontrolne i moderator, aby utrzymać stały poziom reakcji i równomierną produkcję ciepła. Wokół reaktora przepływa chłodziwo, czyli gaz lub ciecz pochłaniająca ciepło, np. woda. Gorące chłodziwo przechodzi do wymiennika ciepła, który wykorzystuje ciepło odebrane z chłodziwa do gotowania wody. Powstająca para wodna porusza turbiny. W reaktorze jądrowym powstaje intensywne promieniowanie, można też otrzymywać radioizotopy. Reaktor otoczony jest osłoną, która nie przepuszcza promieniowania.

3. P W R PWR czyli Pressurized Water Reactor (ciśnieniowy reaktor wodny) jest reaktorem w którym ciepło odprowadza się do wytwornicy pary za pomocą lekkiej wody pod wysokim ciśnieniem nie pozwalającym na wrzenie wody w obiegu chłodzenia rdzenia. Woda ta w reaktorze PWR spełnia potrójną role: jest zarówno chłodziwem, jak i moderatorem i reflektorem. Jako moderator woda spełnia dobrze swoje zadanie, lecz ze względu na znaczne pochłanianie neutronów przez jądra wodoru nie można w PWR stosować uranu naturalnego (trzeba stosować paliwo 3-4% U-235). Reaktory PWR były na początku stosowane do celów wojskowych, pierwsza elektrownia z reaktorem tego typu powstała w Shippingport w Stanach Zjednoczonych w 1957 roku. W chwili obecnej jest to najbardziej rozpowszechniony typ reaktora na świecie (jego odpowiednikiem jest reaktor typu WWER skonstruowany w dawnym Związku Radzieckim).

4. Schemat połączenia PWR z turbiną i generatorem w typowej elektrowni -obieg pierwotny (różowy) -obieg wtórny (niebieski) Cechą charakterystyczną budowy reaktora jest fakt, że jego rdzeń , wraz z zestawem prętów regulacyjnych, oprzyrządowaniem i innymi konstrukcjami jest zamknięty w ciśnieniowym zbiorniku reaktora. Górna część zbiornika jest zdejmowana tylko w czasie przeładowywania paliwa, względnie remontu (oczywiście na ten czas reaktor jest zatrzymywany i wychładzany).  W pokrywie znajdują się wpusty (odpowiedni uszczelnione) umożliwiające napęd zestawów prętów regulacyjnych podczas pracy reaktora. Obecnie największe moce uzyskiwane z reaktorów typu PWR są rzędu 1500MW, ale na przeszkodzie do uzyskania mocy jeszcze większych stoi trudność wykonania odpowiedniej wielkości zbiornika ciśnieniowego

5. B W R BWR czyli Boiling Water Reactor  (reaktor z wrzącą wodą) charakteryzuje się tym, że woda go chłodząca spełnia nie tylko te trzy zadania jak w PWR, ale jest  też substancją roboczą w cyklu parowo-wodnym.  Reaktor ten pracuje w trybie jednoobiegowym (tzw. obieg bezpośredni), a role wytwornicy pary spełnia tutaj sam reaktor, gdyż wytworzona w nim para jest kierowana bezpośrednio do turbiny:

6. Schemat połączenia BWR z turbiną i generatorem Zespoły paliwowe umieszcza się w kasetach cyrkonowych, otwartych od dołu i góry, aby umożliwić swobodny przepływ wody wzdłuż rdzenia. Ze względu na mniejszą gęstość mocy niż w PWR, paliwo dłużej może przebywać w rdzeniu, choć osiągana jest taka sama moc wyjściowa (tj. elektryczna). Reaktory typu BWR są drugimi pod względem popularności. Podstawowa wada BWR: -zanieczyszczona izotopami promieniotwórczymi woda przechodzi przez wszystkie elementy obiegu i dlatego eksploatacja tego typu reaktora jest utrudniona przez wprowadzanie dużej ilości osłon przed promieniowaniem.

7. CANDU CANDU jest ciężkowodnym reaktorem kanałowym skonstruowanym i produkowanym w Kanadzie. Reaktor kanałowy to taki, w którym nie cały rdzeń, a tylko kanały o niewielkiej średnicy, zawierające pojedyncze zestawy paliwowe są pod wysokim ciśnieniem. Moderatorem i chłodziwem reaktora CANDU jest ciężka woda. Jako paliwo można w nim stosować uran naturalny. Rdzeń CANDU jest kilkakrotnie większy niż rdzeń reaktora lekkowodnego a to z powodu faktu, że do spowolnienia neutronu rozszczepieniowego do energii termicznej potrzeba większej ilości wody ciężkiej niż lekkiej. Stąd w reaktorach ciężkowodnych stosunek  moderatora do paliwa jest 5-8 razy większy niż w lekkowodnych. Reaktory typu CANDU pracują w systemie dwuobiegowym, z ciśnieniowym obiegiem pierwotnym podobnie jak PWR

8. Schemat połączenia CANDU z turbiną i generatorem wymiennik ciepła CANDU korzysta ze znacznie tańszego uranu naturalnego. Wymaga jednak użycia znacznych ilości drogiej ciężkiej wody.        obieg zawierający lekką wodę

9. Reaktor CANDU Calandria: niskociśnieniowy stalowy zbiornik,w którym znajduje się rdzeń. Zbiornik ten jest wypełniony ciężką wodą jako moderatorem. Przez calandrię przechodzi kilkaset poziomych ciśnieniowych kanałów paliwowych zawierających paliwo uranowe, które również jest chłodzone ciężką wodą. CANDU charakteryzuje się tym, że można dokonywać przeładunku paliwa w czasie pracy reaktora. Ma to oczywiste zalety, począwszy od zwiększenia dyspozycyjności reaktora a na skończywszy na zapewnieniu optymalnego czasu przebywania paliwa w rdzeniu, różnego dla różnych kanałów. Średnio codziennie wymienia się około 15 wiązek paliwa. Bowiem  w CANDU pręty paliwowe są łączone w wiązki liczące po kilkadziesiąt prętów. Wiązki te są wsuwane do kanałów paliwowych z obu stron