Reaktor jądrowy

1

Reaktor jądrowy

Rdzeń reaktora jądrowego

WWER-1000

Reaktor jądrowy – urządzenie, w którym przeprowadza się z

kontrolowaną szybkością reakcję rozszczepienia jąder atomowych.

Reakcja rozszczepienia jąder atomowych ma przebieg lawinowy –

jedna reakcja łańcuchowa może zainicjować kilka następnych. W celu

kontrolowania szybkości reakcji tak by przebiegała z jednakową

prędkością (mówimy, że reakcja ma przebieg łańcuchowy 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.

Podział reaktorów

Podział według rodzaju reakcji jądrowej

• Rozszczepienie jądra atomowego - większość 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). W tym artykule w większości fragmentów zakłada się, że

mowa o wykorzystaniu rozszczepienia jądra atomowego, chyba że

jest napisane inaczej.

• Kontrolowana synteza termojądrowa - wykorzystanie

kontrolowanej syntezy jądrowej (najczęściej z wodorem jako

paliwem) jest w fazie eksperymentalnej. Jak dotąd nie udało się

uzyskać z syntezy większej ilości energii, niż w nią włożono.

Jednakowoż fuzory Farnswortha–Hirscha są używane do

wytwarzania promieniowania neutronowego.

• Rozpad promieniotwórczy - na przykład Radioizotopowe

generatory termoelektryczne oraz baterie jądrowe

Podział według chłodziwa

• reaktory wodne, ciśnieniowe (tzw. PWR i WWER), w których chłodziwem i moderatorem jest zwykła woda pod

ciśnieniem (na tyle wysokim by woda nie zaczęła odparowywać podczas normalnej pracy reaktora).

• reaktory wodne, wrzące (BWR), w których chłodziwem i moderatorem jest również zwykła woda, ale wrząca,

• wyjątkowymi reaktorami wodnymi, wrzącymi są reaktory RBMK (tego typu reaktory były między innymi w

Czarnobylu

Reaktor jądrowy

2

Reaktor badawczy PULSAR, o mocy 1MW

oraz w innych elektrowniach na terenie byłego ZSRR),

chłodzone są wodą wrzącą w kanałach paliwowych, a

moderowane grafitem. Ten rodzaj reaktorów jest uznawany za

jeden z najniebezpieczniejszych (elektrownia w Czarnobylu

posiadała cztery reaktory typu RBMK).

• reaktory wodne, basenowe, gdzie pręty paliwowe zanurzone są w

basenie ze zwykłą wodą, która jest chłodziwem i moderatorem.

Warstwa wody nad rdzeniem posiada wystarczającą grubość, aby

całkowicie ekranować promieniowanie i personel reaktora mógł

bezpiecznie pracować ponad basenem.

• reaktory ciężkowodne (PHWR np. CANDU ), chłodziwem i moderatorem jest ciężka woda,

• reaktory gazowe (GCR, AGR, HTGR), w których chłodziwem jest gaz (dwutlenek węgla lub hel), a moderatorem

grafit,

• reaktory prędkie (LMFR na szybkich neutronach), pozbawione moderatora, chłodziwem są najczęściej stopione

metale: sód, rzadziej ołów,

• reaktory solne (MSR), gdzie chłodziwem są stopione sole, najczęściej fluoru.

Podstawowe typy reaktorów energetycznych

Grupa

Typ reaktora Chłodziwo

rodzaj

Moderator

Paliwo jądrowe

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

•

GCR - Gas Cooled Reactor

•

LWR - Light Water Reactor

•

AGR - Advanced Gas-cooled Reactor

•

Magnox - nazwa pochodzi od stopu magnezowego koszulek paliwowych

•

HTR - High Temperature (Gas-cooled) Reactor

•

VHTR - Very High Temperature Reactor

Reaktor jądrowy

3

•

PHWR - Pressurized Heavy Water Reactor

•

BWR - Boiling Water Reactor (ABWR - Advanced Boiling Water Reactor)

•

PWR - Pressurized Water Reactor

•

WWER - Wodno Wodianoj Energeticzeskij Reaktor

•

RBMK - Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj

•

GLWR - Graphite Light Water Reactor

•

HWLWR - Heavy Water - Light Water Reactor

•

FBR - Fast Breeder Reactor

Podział według generacji

• Pierwszej generacji - prototypowe

• Drugiej generacji - pierwsze reaktory przemysłowe

• Trzeciej generacji - reaktory nowszych konstrukcji

• Czwartej generacji - najnowsze, w fazie projektów

Podział według przeznaczenia

• energetyczne,
• napędowe (głównie okrętów podwodnych i innych dużych okrętów),

• militarne (wytwarzające materiał rozszczepialny do broni jądrowej),

• badawcze.

Budowa reaktora

W zdecydowanej większości elektrowni jądrowych energia rozszczepienia wzbogaconego uranu jest odbierana przez

wodę, która w zależności od reaktora: odparowuje (reaktory wrzące BWR) lub nie (jeśli jest pod wysokim

ciśnieniem - reaktory ciśnieniowe PWR i WWER).

Najczęściej czynnik podgrzany w reaktorze, przekazuje ciepło wodzie w wytwornicy pary, która dzieli cały układ na

obieg pierwotny i wtórny. Wytworzona w wytwornicy para napędza turbozespół.

Typowy reaktor jądrowy zbudowany jest z rdzenia, reflektora neutronów oraz osłon biologicznych. Sam rdzeń

zawiera pręty paliwowe, pręty regulacyjne (pochłaniają nadmiar neutronów), pręty bezpieczeństwa, moderator

(zmniejsza energię neutronów), kanały chłodzenia i kanały badawcze.

Paliwo

W większości reaktorów (a we wszystkich lekko-wodnych) paliwo jądrowe stanowi wzbogacony uran. Wzbogacenie

polega na zwiększeniu zawartości rozszczepialnego U-235 do około 3-5% (z około 0,7%), ale reaktory ciężkowodne

(CANDU, PHWR) pracują przy naturalnym udziale izotopów. Reaktory prędkie wymagają jako paliwa bardziej

wzbogaconego uranu (do 20%), bądź plutonu. Produkują za to, w procesie wychwytu neutronu i następujących

rozpadów beta, pluton-239 z uranu U-238. Pluton może być następnie, po wydzieleniu używany jako paliwo. Przy

odpowiedniej konstrukcji reaktor jest w stanie produkować w ten sposób więcej paliwa, niż go zużywa (reaktor

powielający).

W przyszłości planuje się wykorzystywać jako paliwo jądrowe tor. W wyniku rozszczepienia toru powstają jądra

atomowe o mniejszej masie niż przy rozszczepieniu uranu lub plutonu i jest wśród nich więcej jąder trwałych.

Rozszczepienie toru wytwarza zbyt mało neutronów by uzyskać masę krytyczną, w związku z tym do reaktora

takiego trzeba by wstrzeliwać neutrony pochodzące z zewnątrz. W celu uzyskania dużej ilości neutronów naukowcy

pracują nad zastosowaniem zjawiska spalacji. W zjawisku tym jądra ciężkich pierwiastków np. ołowiu są

bombardowane wiązką protonów o dużej energii (rzędu 1 GeV), w wyniku czego ulegają wzbudzeniu. Jądra

Reaktor jądrowy

4

pozbywają się energii wzbudzenia wyrzucając z siebie nukleony w tym i neutrony. Zjawisko spalacji może być

stosowane w celu uczynienia bezpiecznymi i przedłużenia pracy paliwa obecnych reaktorów jądrowych, a także

pomóc w utylizacji radioaktywnych odpadów.

Obecnie Indie opracowują reaktor typu AHWR (Advanced Heavy Water Reactor) przystosowany do pracy z

użyciem toru.

Historia

• Pierwszy reaktor (uranowo-grafitowy) zwany CP-1 (ang. Chicago Pile no.1, "Stos chicagowski nr 1") zbudowany

został na Uniwersytecie w Chicago pod kierunkiem włoskiego uczonego Enrico Fermiego. Pierwsza

kontrolowana reakcja łańcuchowa została w nim zapoczątkowana 2 grudnia 1942.

• 26 kwietnia 1986 miała miejsce największa katastrofa energetyki jądrowej tzw. Katastrofa w Czarnobylu

Statystyka

Na świecie pracuje 436 reaktorów jądrowych

[1]

. Znamionowa moc elektryczna bloków energetycznych, w których

skład wchodziły wynosiła 372,2 GW(e). 44 reaktory znajdują się w stanie budowy, 110 planowanych, a 272

kolejnych zaproponowanych.

W 2004 roku 266 reaktorów to reaktory wodne ciśnieniowe (PWR i WWER) mogące wytworzyć 239,6 GW(e). 22

reaktory jądrowe były w budowie, z czego 12 to PWR i WWER.

Polskie reaktory:

• Ewa

• Maria

W Kartoszynie nad Jeziorem Żarnowieckim budowano Elektrownię Jądrową Żarnowiec, lecz w 1990 budowa

została przerwana.

Zobacz też

• elektrownia jądrowa

• katastrofa w Czarnobylu

• lista reaktorów jądrowych

• Oklo

• reakcja jądrowa

• rdzeń reaktora jądrowego

• reaktor

Przypisy

[1] World Nuclear Associacion (http:/

/

www.

world-nuclear.

org/

info/

reactors.

html) - 1 kwietnia 2009

Źródła i autorzy artykułu

5

Źródła i autorzy artykułu

Reaktor jądrowy  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=21546900  Autorzy: Abdul Alhazred, Aleksander.adamowski, Amber, Avathar, Bukaj, Byczek1, CzaryMary, Emesik,
Gang65, Gbylski, Grzegorz Petka, Gładka, Hashar, IZ, IlluminatiX, Interfector, Jakubhal, Jean-François Clet, Jerry, Jotempe, K.B., Kocio, Krzychu025, KrzysztofLis, LukKot, Lzur, Matusz,
Mchl, Migatu, Mpfiz, NH2501, Nova, Odder, Picus viridis, Pilot Pirx, Pimke, Polimerek, Powolniak, Pplecke, Puchatech K., Pz, Qblik, Qwertyy, Ragewalker, Random, Remiq, Siedlaro, Skotos,
Stegru, Stepa, Stok, Strug, Szwedzki, Tdc6502, Tescobar, The Last V8, Tik, Topory, Tsca, Vindicator, Wiher, Woju, Yokichi, conversion script, 70 anonimowych edycji

Źródła, licencje i autorzy grafik

Plik:Crocus-p1020491.jpg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Crocus-p1020491.jpg  Licencja: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.0  Autorzy: User:Rama

Plik:Wwer-1000-scheme.png  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Wwer-1000-scheme.png  Licencja: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.5  Autorzy: User:Panther

Plik:Pulstar2.jpg  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Pulstar2.jpg  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: Original uploader was Zereshk at en.wikipedia

Licencja

Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http:/

/

creativecommons.

org/

licenses/

by-sa/

3.

0/