Temat: Elektrownie jądrowe.
1. Elektrownia jądrowa należy do grupy elektrowni cieplnych, w których klasyczne źródło ciepła, czyli kocioł
parowy, zastąpiono reaktorem jądrowym. W elektrowni jądrowej energię uzyskuje się, wykorzystując
rozczepienie jąder atomowych. Ciepło powstałe w reaktorze jądrowym jest następnie zamieniane na energię
mechaniczną, niezbędną do wytworzenia prądu elektrycznego.
Wytworzenie energii jądrowej występuje w etapach zwanych cyklach paliwowych:
o
wydobycie paliwa z kopalni rudy – produkcja koncentratu,
o
przerób chemiczny,
o
wzbogacenie izotopowe,
o
wytwarzanie paliwa reaktorowego,
o
spalanie paliwa w reaktorze,
o
przerób paliwa,
o
składowanie odpadów promieniotwórczych.
2. Zasada działania reaktora jądrowego.
Podstawowym elementem elektrowni jądrowej jest reaktor jądrowy, w którym następuje proces inicjacji,
kontroli i podtrzymywania łańcuchowych reakcji rozpadu jądrowego. W wyniku reakcji rozszczepienia
w rdzeniu reaktora jądrowego wytwarza się promieniowanie jądrowe (głównie neutrony i promieniowanie
gamma) oraz ciepło.
Gdy liczba neutronów powstałych w reaktorze w jednostce czasu jest równa liczbie neutronów traconych w
tym samym czasie w wyniku ich pochłaniania i ucieczki, stan pracy reaktora określa się jako tzw. stan
krytyczny. Jest to normalny stan pracy reaktora – stan pracy ustalonej, którego osiągnięcie zależy od
poziomu wytwarzania oraz strat neutronów.
Odpowiednio sterując prętami regulacyjnymi można uzyskać stan krytyczny reaktora przy różnym
poziomie mocy, ograniczonym jedynie wydajnością odprowadzania ciepła.
3. Budowa reaktora jądrowego.
Jako paliwo jądrowe stosuje
się substancje zawierające
izotopy rozszczepialne tj.
izotopy ciężkie, których
jądra
łatwo ulegają
rozszczepieniu w wyniku
bombardowania neutronami
o małej energii. Paliwo
jądrowe jest zamknięte
wewnątrz elementów
paliwowych, mających
postać:
- walcowy, kulistych prętów,
prętowych prętów.
Walcowy element paliwowy
składa się z:
- szczelnej, cienkościennej
rurki – tzw. koszulki (stopy
cyrkonu, stal nierdzewna),
- umieszczonych we wnętrzu
rurki pastylek paliwowych.
Zestawy (kilkudziesięciu lub
więcej) elementów
paliwowych tworzą zespoły,
tzw. kasety paliwowe, stanowiące zasadniczą część rdzenia reaktora.
4. Rodzaje reaktorów jądrowych.
1) ze względu na przeznaczenie rozróżnia się reaktory:
energetyczne, produkujące energię elektryczną w elektrowniach komercyjnych,
badawcze, służące do prowadzenia prac naukowych,
szkoleniowe, przeznaczone do celów dydaktycznych (tzw. reaktory uniwersyteckie),
wytwórcze, produkujące pluton (są to reaktory wojskowe pracujące na potrzeby przemysłu
zbrojeniowego),
ciepłownicze, wytwarzające ciepło do celów ogrzewczych w ciepłowniach jądrowych,
napędowe, wykorzystywane do napędu statków, lodołamaczy, łodzi podwodnych,
wysokotemperaturowe, produkujące ciepło w celach technologicznych,
do elów specjalnych,
2) ze względu na rodzaj dominującej grupy neutronów powodujących rozszczepienie rozróżnia się:
9 prędkie,
9 termiczne,
3) ze względu na konstrukcję reaktory energetyczne dzieli się na:
o
zbiornikowe, których rdzeń jest zamknięty w grubościennym zbiorniku stalowym,
o
kanałowe, zawierające ciśnieniowe kanały paliwowe o niewielkiej średnicy,
4) ze względu na sposób wymiany paliwa mamy reaktory:
¾ o ciągłej wymianie paliwa (wymieniane podczas pracy reaktora – reaktory gazowe, wysoko-
temperaturowe, kanałowe),
¾ o okresowej wymianie paliwa (wymienia się po zakończeniu kampanii paliwowej i po wyłączeniu –
reaktory zbiornikowe),
5) ze względu na rodzaj wykorzystywanego paliwa:
uranowe,
plutonowe,
uranowo-plutonowe,
torowe,
6) ze względu na rodzaj moderatora i chłodziwa:
⇒ wodne (lekkowodne),
⇒ ciężkowodne,
⇒ gazowe,
⇒ sodowe,
⇒ helowe,
⇒ grafitowe,
7) ze względu na sposób odprowadzania ciepła rozróżniamy:
jednobiegowe, para wytworzona w zbiorniku reaktora jest doprowadzana bezpośrednio do turbiny
parowej, a po skropleniu za turbiną wraca do reaktora,
dwubiegowy, obieg wody chłodzącej rdzeń reaktora jest zamknięty, a ciepło z niego jest
przekazywane w wytwornicy pary do drugiego obiegu, w którym znajduje się turbina parowa,
trzybiegowy, między pierwszy obieg (sodowy), chłodzący rdzeń reaktora i trzeci obieg (wodno-
parowy), doprowadzający parę do turbiny, wstawiony jest pośredni obieg sodowy.
5. Schematy elektrowni jądrowych
1) schemat elektrowni jądrowej z reaktorem typu SFR (Sodium-Cooled Fast Reactors)
2) Schemat elektrowni jądrowej z reaktorem typu VHTR (Very High Temperature Fast Reactors)
3) Schemat elektrowni jądrowej z reaktorem typu GFR (Gas-Cooled Fast Reactors)
4) Schemat elektrowni jądrowej z reaktorem typu MSR (Molten-Salt Reactors)
5) Schemat elektrowni jądrowej z reaktorem typu LFR (Lead-Cooled Fast Reactors)
6) Schemat elektrowni jądrowej z reaktorem typu SCWR (Supercritical Water-Cooled Reactors)
7) Schemat obiegu pierwotnego w elektrowni jądrowej z reaktorem typu RBMK - reaktory kanałowe
8) Budowa kasety paliwowej reaktora typu BWR
9) Budowa wytwornicy pary
10) Budowa kasety paliwowej reaktora typu PWR
11) Konstrukcja stabilizatora ciśnienia firmy Westinghouse Electric Corporation
