ENERGETYKA JĄDROWA

Dr inż. Andrzej Łysko

ZUT Szczecin

Reaktor jądrowy – urządzenie, w którym

przeprowadza się z kontrolowaną szybkością
reakcję rozszczepienia jąder atomowych.

Reaktor produkuje ciepło poprzez rozszczepienie

jąder uranu, ogrzewa wodę przekształcając ją
w parę i kierując na turbiny – proste a działa


Rozszczepienie jądra atomowego - większośd reaktorów,

w tym wszystkie komercyjne, oparta jest na zjawisku
rozszczepienia jądra atomowego. Najczęściej jako
paliwo używany jest uran, ale trwają badania nad
wykorzystaniem toru (na przykład w reaktorach
solnych).

Kontrolowana synteza termojądrowa - wykorzystanie

kontrolowanej syntezy jądrowej (najczęściej z wodorem
jako paliwem) jest w fazie eksperymentalnej. Jak dotąd
nie udało się uzyskad z syntezy większej ilości energii,
niż w nią włożono.

Reakcja rozszczepienia jąder atomowych ma przebieg

lawinowy – jedna reakcja łaocuchowa może zainicjowad

kilka następnych.

W celu kontrolowania szybkości reakcji tak by przebiegała z

jednakową prędkością (mówimy, że reakcja ma przebieg

łaocuchowy tzn. jedno rozszczepienie inicjuje następne

rozszczepienie jądra atomowego) wprowadza się do

reaktora substancje pochłaniające neutrony.

Są to na przykład bor lub kadm.
Substancje te umieszczone są w prętach zwanych

regulacyjnymi.

Moderator służy do spowalniania neutronów poprzez

zderzenia neutronów z jądrami moderatora.

Jako moderator stosuje się wodę, ciężką wodę,

beryl, lit, bifenyl i grafit. Czasami używa się ich
jako reflektora.

Moderator w reaktorze jądrowym substancja

służąca do zmniejszenia energii kinetycznej
(prędkości) neutronów, aż do osiągnięcia przez
nie stanu tzw. neutronów termicznych. Powolne
neutrony

znacznie

wydajniej

powodują

rozszczepienie

jąder

w

materiale

paliwa

jądrowego.

Masa krytyczna materiału rozszczepialnego, to

minimalna masa, w której reakcja rozszczepienia

przebiega w sposób łaocuchowy, czyli każde

jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje

dokładnie jedno następne rozszczepienie.

W masie mniejszej od masy krytycznej reakcja

zainicjowana rozszczepieniem spontanicznym

zaniknie, w masie większej od masy krytycznej

reakcja będzie przebiegała w sposób lawinowy,

tzn. jedno rozszczepienie wywoła więcej niż jedno

rozszczepienie.

W reaktorach jądrowych pojęcie masy krytycznej

nie jest ściśle określone, z powodu stosowania
ekranów i regulowanych moderatorów.

Ekrany („reflektory”)odbijają neutrony z powrotem

w kierunku materiału rozszczepialnego, a
moderator spowalnia neutrony, dzięki czemu
zwiększa się prawdopodobieostwo, że spowodują
one kolejne rozszczepienie.

Zatem masa potrzebna do stabilnej pracy reaktora

zależy od jego konstrukcji.

Orientacyjne wartości masy krytycznej materiału
ułożonego w kształcie kuli nie otoczonej substancją
odbijającą neutrony dla wybranych izotopów:

• uran-233: 16 kg
• uran-235: 52 kg
• neptun-237: 60 kg
• pluton-239: 10 kg
• pluton-240: 40 kg
• pluton-242: 100 kg
• ameryk-241: 60-100 kg
• ameryk-242: 9-18 kg
• ameryk-243: 50-150 kg
• kiur-245: 12 kg
• kiur-246: 70 kg
• kiur-247: 7 kg
• kaliforn-251: 9 kg

izotopy – odmiany pierwiastka chemicznego
różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu.

W naturze najbardziej rozpowszechniony jest uran-

238 (99.284%) uranu-235 (0,711%), i bardzo małe

ilości uranu-234 (0,0058%).

Uran rozpada się powoli, emitujące cząstki alfa.
Połowiczny rozpad uranu-238 wynosi około

4,47 mld lat,

a uranu-235 - 704 miliony lat
co czyni je przydatne w datowania wieku Ziemi

Uran występuje na ziemi naturalnie w postaci związków chemicznych w
ilości 2,4 ppm.

Można znaleźd go w skałach, glebie, wodzie, roślinach, zwierzętach a
nawet w ciele ludzkim.
Występuje także w większym stężeniu w minerałach, najważniejszymi
minerałami uranu są:
blenda uranowa
uraninit UO

2

+ UO

3

karnotyt K

2

(UO

2

)

2

(VO

4

)

2

•2H

2

O

Największe złoża rud uranu znajdują się w: Kongo (Wyżyna Katanga),
Północnej Kanadzie, USA (Utah, Kolorado), Jachymowie w Czechach, Turki
estanie, Tiuji Mujun, Tybecie.

W światowym wydobyciu rud uranu w przeliczeniu na czysty składnik,
wynoszącym w 2002 r. 35 tys. ton przodowały: Kanada (13 tys.
ton), Australia (7,2 tys. ton), Niger (3,1 tys. ton), Kazachstan (2,8 tys. ton)
i Namibia (2,3 tys. ton).

Miejsce

występowania

mineralizacji

Okres

prowadzenia prac

górniczych

Suma długości

Liczba

Urobiona ilośd masy

górniczej w m³

Wydobycie uranu w kg

wyrobisk

wierceo sztolni szybów

Kletno

1948-1953

37 068

20 779

27

3

228 071

20 071,7

Janowa Góra

1948-1950

7 034

495

2

1

—

—

Młyosko

1950-1951

132

—

1

—

—

—

Marcinków

1949-1950

1 451

—

5

—

—

—

Potoczek

1950-1951

1 724

—

1

—

—

40,7

Wzbogacony uran to uran, który zawiera znacznie większą ilośd izotopu

235

U po

procesie jego wzbogacania.

Naturalny uran składa się głównie z izotopu

238

U, zawierającego około 0,72%

masowych

235

U, jedynego izotopu występującego w naturze zdolnego do

rozczepienia pod wpływem neutronów termicznych.

Wzbogacony uran jest kluczowym elementem reaktora jądrowego i broni jądrowej.

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej kontroluje obrót wzbogaconym uranem

oraz technologiami niezbędnymi do jego uzyskania w celach zapewnienia

bezpieczeostwa jego produkcji, użytkowania, przetwarzania oraz

rozpowszechniania.

Izotop

238

U odrzucany w czasie procesu wzbogacania jest znany jako uran zubożony,

zachowujący wysoką gęstośd. Używany w zastosowaniach wymagających

materiałów wysokiej gęstości np do produkcji podkalibrowych pocisków

przeciwpancernych.

Uran jest sprzedawany tylko tym paostwom ,

które są zarazem członkami porozumienia
Nuclear Non-Proliferation Treaty, czyli tym, w
których jest możliwośd

międzynarodowej inspekcji weryfikującej
pokojowe użycie uranu.

Country

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Canada

11604

10457

11597

11628

9862

9476

9000

Kazakhstan

2800

3300

3719

4357

5279

6637

8521

Australia

6854

7572

8982

9516

7593

8611

8430

Namibia

2333

2036

3038

3147

3067

2879

4366

Russia (est)

2900

3150

3200

3431

3262

3413

3521

Niger

3075

3143

3282

3093

3434

3153

3032

Uzbekistan

1860

1598

2016

2300

2260

2320

2338

USA

919

779

878

1039

1672

1654

1430

Ukraine (est)

800

800

800

800

800

846

800

China (est)

730

750

750

750

750

712

769

South Africa

824

758

755

674

534

539

566

Brazil

270

310

300

110

190

299

330

India (est)

230

230

230

230

177

270

271

Czech

Repub.

465

452

412

408

359

306

263

Romania

(est)

90

90

90

90

90

77

77

Germany

221

104

77

94

65

41

0

Pakistan

(est)

38

45

45

45

45

45

45

France

20

0

7

7

5

4

5

total world

36 072

35 574

40 178

41 719

39 444

41 282

43 764

tonnes U

3

O

8

42 529

41 944

47 382

49 199

46 516

48 683

51 611

percentage

of world

demand

65%

63%

64%

68%

Production from mines (tonnes U)

http://www.world-nuclear.org

http://www.world-nuclear.org

Western World Uranium Production and Demand 1945-2004

Source:World Nuclear Association

Drewno

16 MJ / kg

Węgiel brunatny

9 MJ / kg

Węgiel kamienny (niska jakośd)

13-20 MJ / kg

Węgiel kamienny

24-30 MJ / kg

Gaz ziemny

39 MJ / m

3

Ropa naftowa

45-46 MJ / kg

Uran * - reaktor wodny

500000 MJ / kg

Wartośd energetyczna URANU

http://www.world-nuclear.org

Grupa

Typ reaktora

Chłodziwo

rodzaj

Moderator

Paliwo

Grafitowo -
gazowe

GCR

AGR

CO

2

,

gaz

-

grafit

UO

2

wzbogacony

Magnox

gaz, CO

2

-

U Naturalny

HTR

He

-

UO

2

, UC

2

, ThO

2

, ...

(

235

U,

233

U, Pu)

Ciężkowodne

PHWR

ciężka woda

ciśnieniowy

ciężka woda

UO

2

naturalny lub

wzbogacony

Lekkowodne LWR

BWR

lekka woda

wrzący

lekka woda

UO

2

wzbogacony lub

UO

2

wzbogacony i

MOX

PWR

ciśnieniowy

WWER

ciśnieniowy

Wodno - grafitowe

RBMK

lekka woda

wrzący

grafit

UO

2

wzbogacony

GLWR

ciśnieniowy

U naturalny lub
wzbogacony

Lekko - ciężkowodne HWLWR

lekka woda

wrzący

ciężka woda

UO

2

wzbogacony -

PuO

2

Prędkie

FBR

sód

-

-

UO

2

wzbogacony -

PuO

2

Podstawowe typy reaktorów energetycznych

Reactor type

In operation

Under construction

Number

netcapacity

MWe

Number

netcapaci

tyMWe

PWR

264

243,204

47

44,555

BWR

92

83,656

3

3,925

AGR, GGR

18

8,909

-

-

CANDU/D

2

O-PWR

45

22,643

3

1,096

RBMK

15

10,219

1

925

SNR

2

690

2

1.220

total

436

369,321

56

51,721

http://www.euronuclear.org

Nuclear power plant-pressurized water reactor-PWR – reaktor wodny ciśnieniowy

http://www.euronuclear.org

http://www.energy.eu

typ

power output, gross

GW

hard coal

26.7

nuclear

21.7

natural gas

20.2

lignite

20.0

wind

18.4

water

8.8

others

6.5

Total

122.3

http://www.euronuclear.org

www.world-nuclear.org

http://www.energy.eu

http://www.energy.eu

http://www.energy.eu

http://www.energy.eu

Ministerstwo Gospodarki

Polityka energetyczna Polski do 2030 roku

DYSKUSJA SPOŁECZNA 

1.Jest to inwestycja niezwykle kosztowna. Rzadkością są

prywatne elektrownie jądrowe. Zazwyczaj są to

inwestycje finansowane ze środków publicznych, co w

przypadku Polski będzie oznaczało dalsze uzależnienie

obywateli od zagranicznych kredytów, których

spłacanie pozostawimy w spadku przyszłym

pokoleniom. Nie ma też żadnej firmy ubezpieczeniowej

która podjęłaby się ubezpieczenia takiej inwestycji.

Koszty budowy EJ to miliardy euro, a w planach tych

nie uwzględnia się kosztów zamknięcia i demontażu

(min. drugie tyle).

2.Nieprawdą jest jakoby EJ były miały sprzyjad

powstrzymaniu zmian klimatycznych. Kraje posiadające

najwięcej EJ są jednocześnie największymi emiterami

gazów cieplarnianych (USA, Japonia, Francja). Polska

mimo że swoją energetykę opiera w ponad 90% na

węglu nie emituje więcej CO2 niż bazująca w prawie

80% na atomie Francja. Alternatywa: atom lub globalne

ocieplenie jest po prostu fałszywa. Uwzględniając

całokształt cyklu technologicznego (wydobycie uranu,

jego obróbka i wzbogacanie, produkcja paliwa,

transport międzykontynentalny) produkcja prądu z

atomu nie jest wolna od emisji gazów cieplarnianych.

3.EJ są niebezpieczne. Promieniowanie jonizujące niszczy

prędzej czy później każdy materiał. Pojemniki, rury,

zawory stale pękają co powoduje wycieki, zazwyczaj

niewielkie, często nawet nie rejestrowane. Badania

niemieckie wykazały że, w promieniu 50 km od

elektrowni jądrowych dwukrotnie częściej dochodzi do

zachorowao na nowotwory i białaczki. Szczególnie

narażone są dzieci.

4.Do dzisiaj nie wynaleziono sposobu utylizacji, ani

bezpiecznego składowania radioaktywnych odpadów.

Składowane są "tymczasowo" na terenach elektrowni.

Niektóre z nich pozostaną aktywne przez tysiące lat.

6.W warunkach wolnego rynku rozwój energetyki jądrowej

byłby niemożliwy. Przemysł ten od początku funkcjonuje

jedynie dzięki wielomilionowym dotacjom (wielokrotnie

przekraczającym środki przeznaczane na rozwój energii

odnawialnych), jak również dzięki swoim powiązaniom z

sektorem militarnym (produkcja plutonu do bomb

atomowych).

7.Polska uranu nadającego się dla EJ nie posiada. Konieczny

będzie jego import (np. z Rosji) co wiąże się z kosztami i

uzależnieniem od innych krajów. Złoża uranu nie są również

niewyczerpane. Szacuje się, że te poznane wystarczą na

około 50 lat.

ZALETY

Najważniejsze zalety to:
brak emisji CO

2

, SO

2

, NO

x

i LZO do atmosfery,

bezpieczeostwo wytwarzania energii elektrycznej (porcja paliwa w reaktorze

umożliwia jego pracę w okresie od jednego do dwóch lat),

większa niż w innych technologiach wytwarzania elektryczności

dywersyfikacja dostawców paliwa,

stabilnośd kosztów wytwarzania elektryczności itd.

Największe wady to:
koniecznośd

wykorzystania

obecnie

dostępnych

dużych

bloków

energetycznych o mocy od 600 do 1600 MWe pracujące w reżimie

bazowym i generujących energię cieplną o niskich parametrach (chod

trwają prace nad reaktorami o mocy 100 - 200 MWe umożliwiające pracę

w reżimie nadążnym za obciążeniem sieci i generujących energię cieplną o

wysokich parametrach, umożliwiającą zasilanie procesów chemicznych w

tym wytwarzanie wodoru).

http://www.iea.cyf.gov.pl

Okres czasu, od podjęcia działao w kierunku budowy pierwszej w kraju

elektrowni jądrowej do jej uruchomienia ocenia się na 15 lat.

Tak długi okres jest uzasadniony koniecznością przygotowania odpowiednich

regulacji prawnych, określających warunki realizacji elektrowni jądrowych i

towarzyszących inwestycji, wyboru i badania lokalizacji, wyboru konstrukcji

i wykonawcy oraz samą realizacją inwestycji.

Dlatego podjęcie przedstawionych powyżej działao powinno byd uzasadnione

długoterminową prognozą rozwoju gospodarczego kraju i związanym z nią

wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną.

Ekonomiczna konkurencyjnośd elektrowni jądrowej jest zależna od

wykorzystania (czytaj sprzedaży) wytworzonej w niej energii elektrycznej.

Ze względu na wysokie koszty inwestycji, w koszcie wytworzonej energii,

konkurencyjnośd ta jest osiągana przy pracy elektrowni w reżimie

bazowym z okresem wykorzystania zainstalowanej mocy powyżej 80%.

http://www.iea.cyf.gov.pl

Cechą charakterystyczną energetyki jądrowej jest długi

okres eksploatacji elektrowni jądrowej gwarantujący

zwrot kosztów inwestycji oraz długi okres czasu, w

którym muszą stabilnie działad organizacje zajmujące

się gospodarką wypalonym paliwem i odpadami

promieniotwórczymi powstałymi przy eksploatacji

elektrowni jądrowej.

Jak pokazuje doświadczenie, energetyka jądrowa staje się

często przedmiotem gry politycznej.

Bezpieczny i ekonomiczny rozwój tej technologii wymaga

stabilności politycznej i społecznej kraju.

Dlatego, już podjęcie decyzji o akceptacji wprowadzenia

opcji energetyki jądrowej w Polsce powinno uzyskad

konsensus sił politycznych w kraju.

Taka decyzja będzie również pomocna do uzyskania

akceptacji społecznej. Niezależnie powinna byd podjęta

działalnośd w zakresie informacji społecznej.

http://www.world-nuclear.org

http://www.world-nuclear.org

http://www.nucleartourist.com

UWAGA!!!
Ten wykład to tylko kilka procent podstawowej

wiedzy na ten temat.

Ze względu na burzliwą dyskusję społeczną w tym

zakresie STUDENCI OCHRONY ŚRODOWISKA mają
OBOWIĄZEK wyrobid sobie WŁASNE ZDANIE!!!

Nie dopuszczam myśli, że koocząc NASZĄ

UCZELNIĘ macie tematy konfliktów
przestrzennych i społecznych lokalizacji
inwestycji w ….