Jadrové reaktory

1. Jadrové reaktory

2. Čo je jadrový reaktor • Jadrový reaktor je technologické zariadenie, v ktorom prebieha riadená reťazová reakcia. • Využíva fyzikálne a chemické vlastnosti vysoko nestabilných chemických prvkov na produkciu energie, ktorá sa následne mení na požadovanú, napr. elektrickú.

3. História • Prvý jadrový reaktor (uránovo-grafitový) bol uvedený do prevádzky v roku 1942 v Chicagu pod vedením Enrica Fermiho. • Prvá energetická jadrová elektráreň na svete bola pripojená k sieti v roku 1954 v Obninsku pri Moskve. Jej tepelný výkon je 30 MW a elektrický 5 MW.

4. Nárast počtu jadrových reaktorov • Do roku 2004 bolo postavených viac ako 438 jadrových reaktorov na výrobu elektrickej energie v tridsiatich krajinách sveta, s celkovou kapacitou 370,000 MW, čo predstavuje 16% celkovej výroby elektrickej energie na Zemi. • Mimo toho 56 krajín používa 284 výskumných reaktorov a ďalších 220 reaktorov je inštalovaných na lodiach a ponorkách.

5. Ako pracuje jadrový reaktor • V energetických jadrových elektrárňach sa štiepi urán, ktorý sa v prírode nachádza ako minerál smolinec (uraninit). • Jadrové palivo je veľmi efektívne v porovnaní napr. s uhlím, biomasou alebo obnoviteľnými zdrojmi energie. Z 1 gramu 235U vznikne úplným štiepením až 75 600 MJ tepelnej energie. • obohatený 235U sa nazýva štiepnym (energetickým) materiálom - záchytom neutrónu dochádza k rozštiepeniu na dve časti.

6. Ako pracuje jadrový reaktor • 235U sa záchytom neutrónu mení na 236U, ktorý je nestabilný v dôsledku čoho sa jeho jadro štiepi najčastejšie na dve časti. • Po každom štiepení sa uvoľní presne 188MeV energie (vyplýva zo zákona zachovania energie). • Najväčší diel uvoľnenej energie odnášajú fragmenty, ktorých kinetická energia sa zrážkami s inými atómami znižuje a uvoľňuje v podobe tepla. Táto energia sa teplonosnou látkou napr. H2O, CO2 odvádza do výmenníka tepla (parogenerátora) a z neho do parnej turbíny.

7. Jadrový reaktor sa počas prevádzky nachádza v troch stavoch: • podkritický stav • kritický stav • nadkritický stav

8. podkritický stav • Multiplikačný koeficient < 1 Počet predchádzajúcich štiepení > Počet nasledujúcich štiepení Dôsledok - znižovanie počtu štiepení, znižovanie počtu voľných neutrónov, znižovanie výkonu reaktora

9. kritický stav • Multiplikačný koeficient = 1 Počet predchádzajúcich štiepení = Počet nasledujúcich štiepení Dôsledok - stabilizovaný stav, stabilizovaný výkon reaktora.

10. nadkritický stav • Multiplikačný koeficient > 1 Počet predchádzajúcich štiepení < Počet nasledujúcich štiepení Dôsledok - zvyšovanie počtu štiepení, zvyšovanie počtu voľných neutrónov, zvyšovanie výkonu reaktora

11. Zloženie reaktora • moderátor je látka, ktorá spomaľuje sekundárne neutróny, čím prispieva k ovládnutiu reťazovej reakcie; ako moderátor sa používa ľahká voda H2O alebo ťažká voda D2O či grafit. • riadiace (regulačné) tyče sa vsúvajú do prostredia jadrového štiepenia, ich úlohou je pohlcovať sekundárne neutróny a udržať multiplikačný faktor na hodnote 1. regulačné tyče sú zliatiny ocele a kadmia Cd či bóru B

12. Zloženie reaktora • bezpečnostné (havarijné) tyče majú rovnakú funkciu ako regulačné tyče, využívajú sa na zastavenie štiepnej reakcie predovšetkým v nebezpečných situáciách. • reflektor neutrónov je látka, ktorá obklopuje reakčné prostredie reaktora, býva zhotovená prevažne z grafitu; dokáže odrážať neutróny • betónové tienenie chráni okolie jadrového reaktora v prípade havárie, straty kontroly nad štiepnou reakciou a následným únikom rádioaktívneho žiarenia

13. Bezpečnosť • Bezpečnosť jadrových elektrárni proti úniku rádioaktívneho odpadu je zabezpečená tromi spôsobmi. Prvou bariérou brániacou úniku radiácie je obal palivových článkov, druhou bariérou je tlaková nádoba a treťou je samotná ochranná nádoba, v ktorej je reaktor uložený. Pri úniku chladiaceho média z primárneho kruhu by vzniklo množstvo rádioaktívnej pary. Jej úniku do okolia bráni ochranná nádoba.

14. Koniec Ďakujem za pozornosť. Peter Zádor