10) Základní schéma v ČR používaných typů JEZ

1. 10) Základní schéma v ČR používaných typů JEZ schéma, moderátor a chladivo, primární a sekundární okruh, chladící okruh, ochranné bariéry, reaktor, řídící tyče, kontejnment. kpt. Ing. Milan Říha, DiS. 2. ročník SŠV TRIVIS

2. Zásadním rozdílem mezi klasickou elektrárnou spalující fosilní paliva a jadernou elektrárnou, je způsob získávání energie. Roli spalujících kotlů přebírá v jaderných elektrárnách reaktor. Další návazná technologická zařízení jsou u obou typů elektráren obdobná. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ Jaderná elektrárna Tepelná elektrárna 2. ročník SŠV TRIVIS

3. Jaderná elektrárna Temelín je druhou jadernou elektrárnou v České republice. Vyrábí elektrickou energii ve dvou výrobních blocích o výkonu každého z nich 1 000 MW Při účinnosti asi 33 % tedy každý reaktor vyrábí 3 000 MW tepla. Vsázka paliva do reaktoru je asi 81 tun uranu (92 tun UO2 ) ve tvaru malých válečků z UO2 – tzv. pelet. Pelety jsou uloženy v palivových proutcích (386 ks v jednom palivovém proutku), které jsou po 312 ks sdruženy do 163 palivových souborů (kazet). Po odečtení prázdných míst v 1098 vodicích trubkách pro regulační elementy snadno zjistíme, že v aktivní zóně je asi 19,2 milionů pelet, z nichž každá váži 4,8 gramu. Energetický obsah jedné pelety je pak 1,87.104 MJ a může nahradit 1,6 t hnědého uhlí, 880 kg černého uhlí nebo 438 kg benzínu. Tato energie se z pelety získává v průběhu 4 let. Elektrárna Temelín tak ročně ušetři přibližně 15 mil. tun hnědého uhlí. Toto množství by se vešlo na 300 tisíc nákladních vagónů. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

4. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

5. Jaderné reaktory Na území ČR je provozována jaderná elektrárna (Dukovany), která má čtyři bloky o výkonu 440 MW a jaderná elektrárna (Temelín) se dvěma bloky, každý o výkonu 981 MW. Na území ČR jsou mimo tyto energetické reaktory ještě další tří reaktory, ovšem podstatně nižšího výkonu, které jsou provozovány pro výzkumné a školicí účely. Dva výzkumné reaktory jsou v Ústavu jaderných výzkumů v Řeži u Prahy a školní reaktory velmi malého výkonu na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské v Praze. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

6. Jaderná elektrárna Jedním z radionuklidů, který se dá poměrně snadno štěpit, je uran 235. V jaderném reaktoru se proto zpravidla používá jako jaderné palivo uran 238 obohacený uranem 235. Toto palivo se používá i v reaktorech typu VVER, které jsou provozovány v ČR. Tyto elektrárny se označují jako dvouokruhové. Smyslem rozdělení zařízení na primární a sekundární okruh je minimalizovat rozsah technologických zařízení, ve kterých se vyskytují radioaktivní látky. Moderátorem v elektrárnách s reaktory typu VVER je chemicky upravená voda. Tablety obohaceného uranu se umisťují v palivových proutcích, jejichž sestava tvoří palivovou kazetu. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

7. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

8. Štěpná reakce Při štěpné reakci, probíhající v tzv. aktivní zóně reaktoru, se jádro uranu 235 rozpadne zpravidla na dvě středně těžká jádra, tzv. štěpné produkty. Při tom se uvolní energie, která dosud vázala částice jádra (protony a neutrony). Při každém štěpení se uvolní 2 až 3 neutrony, které mohou rozštěpit další jádro uranu. Pravděpodobnost, že nastane rozštěpení dalšího jádra, je tím větší, čím menší je rychlost neutronů. Proto jsou v reaktoru materiály, které slouží ke zpomalení rychlých neutronů, tzv. moderátory. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

9. Při štěpení uranu 235 se štěpné produkty od sebe rozletí velkou rychlostí a zabrzdí se na velmi krátké dráze o okolní atomy. Kinetická energie štěpných produktů se tak mění na energii tepelnou a jaderné palivo se silně ohřívá. Teplota uvnitř palivového proutku dosahuje více než 1200 °C. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

10. Vznikající teplo je odváděno chladicí vodou, která proudí kolem palivových proutků do parogenerátorů. Zde končí tzv. primární okruh. V parogenerátorech se tvoří pára pro pohon turbin. Voda zde cirkuluje v sekundárním okruhu. Nadbytečné teplo je pomocí kondenzátorů odváděno chladicím okruhem do chladicích věží. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

11. Aby štěpná reakce byla ovladatelná a nerozběhla se neřízeně, je nutno regulovat počet neutronů v reaktoru. Používají se k tomu tzv. absorbátory, které pohlcují neutrony. Konkrétně se používá kyselina boritá přidaná do chladicí vody a pohyblivé regulační tyče obsahující bór. Zvýšením jejich množství v aktivní zóně dochází ke snižování počtu štěpení a tím ke snižování výkonu reaktoru nebo případně až k odstavení reaktoru. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

12. Nutnou podmínkou řádného provozování jaderného reaktoru je udržet štěpné produkty a transurany v místě jejich vzniku – v jaderném palivu. K tomu slouží jako ochranné bariéry pevná keramická forma palivových tablet a jejich hermetické uzavření do palivových proutků. Při porušení hermetičnosti obalu tablety nebo stěny proutku mohou radionuklidy proniknout do chladicího média primárního okruhu. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ Další bariérou je proto hermeticky uzavřený systém primárního okruhu a tlakové nádoby reaktoru. K tomu, aby ani porušení primárního okruhu a betonového stínění reaktoru nevedlo k úniku radionuklidů do okolí, slouží poslední bariéra, kontejnment, která má různá technická řešení (např. formou ochranné obálky jedno či dvouplášťové, různých typů barbotážních systémů apod.). V některých elektrárnách je místo ochranné obálky použit systém hermetické konstrukce. 2. ročník SŠV TRIVIS

13. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ Efektivnost jednotlivých zdrojů energie můžeme porovnat i podle jejich výhřevnosti, která udává, kolik tepla na jednotku paliva získáme jeho dokonalým spálením (včetně ochlazení spalin na původní teplotu paliva). U jaderného paliva nehovoříme o výhřevnosti, ale o vyhoření, které udáváme v jednotkách megawattden na kilogram (MWd/kg). Přitom 1 MWd = 8,64. 104 MJ. Příklady některých paliv jsou uvedeny v tabulce: Palivové proutky obsahují sloupce palivových tablet. Na povrchu jsou opatřeny tenkou vrstvou slitiny Zr, která tvoří bariéru proti úniku štěpných produktů. 2. ročník SŠV TRIVIS

14. Poruchy JEZ Únik radioaktivních látek z jaderné elektrárny je možný pouze při poruše primárního okruhu, např. při ztrátě chladiva z aktivní zóny. V reaktoru (i v období po jeho odstavení) vzniká z radioaktivních přeměn teplo (tzv. zbytkové), které je tak velké, že při ztrátě chladicího média může dojít k porušení hermetičnosti paliva, popřípadě i k tavení aktivní zóny. Radionuklidy pak uniknou do hermetické obálky reaktoru. Avšak teprve netěsností nebo porušením poslední ochranné bariéry může dojít k nekontrolovanému úniku do okolí. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ I když jsou větší poruchy hermetičnosti paliva a primárního okruhu vysoce nepravděpodobné, je ve většině případů jejich výsledkem především vážné zamoření vnitřních prostor jaderné elektrárny. 2. ročník SŠV TRIVIS

15. Počty obětí z řad pracovníků Od spuštění prvního reaktoru v Chicagu skupinou Enricha Fermiho až do doby černobylské havárie, kdy bylo v provozu téměř 500 reaktorů s celkovým výkonem cca 16 % celosvětové energetické produkce, zahynula v důsledku nehod v jaderných zařízeních necelá stovka pracovníků. Základní schéma v ČR používaných typů JEZ 2. ročník SŠV TRIVIS

16. KONEC 2. ročník SŠV TRIVIS