Porównanie elektrowni tradycyjnej (a) i jądrowej (b)
Elektrownie jÄ…drowe?
Dobrze zaprojektowana i
obsługiwana elektrownia
jÄ…drowa jest ekologiczna i
bezpieczna.
Elektrownia węglowa to
miliony ton
radioaktywnych hałd
powęglowych z elektrowni
klasycznej jak i gazów
cieplarnianych. Koszta
eksploatacji elektrowni
jÄ…drowej sÄ… mniejsze.
Rys historyczny Rys historyczny (2)
Cała realna historia reaktora jądrowego, urządzenia umożliwiającego
przeprowadzenie w sposób kontrolowany reakcji rozszczepienie jądra
W połowie września 1942 Fermi demonstruje stos
atomowego, rozpoczęła się na początku ubiegłego wieku.
eksperymentalny o współczynniku powielania
Historia badań jądrowych obejmująca okres od roku 1920 do grudnia 1938,
neutronów większym od jedności.
obfitowała w odkrycia zjawisk, które stały się niezbędne w dalszych pracach
Samopodtrzymująca się reakcja łańcuchowa jest
nad rozszczepieniem jÄ…drowym. W tym czasie tj. 3 czerwca 1920 roku Ernest
osiągnięta.
Rutherford postuluje możliwość istnienia cząstki nazwanej póz
niej neutronem.
W dniu 1 grudnia 1942 roku, po 17 dniach prac nad
Jego uczeń Jams Chadwick (1891-1974) w dwanaście lat póz
niej, 7  17
budowÄ… CP-1, grupa Fermiego rozpoczyna prace nad
lutego 1932 roku przeprowadza serię eksperymentów, w których wykazuje
osiągnięciem stanu krytycznego. Stos zawierający
istnienie neutronu. W grudniu 1935 roku otrzymuje za to odkrycie NagrodÄ™
36,3 tony tlenku uranu, 5,6 tony metalicznego uranu i
Nobla.
350 ton grafitu osiÄ…ga stan krytyczny, a tym samym
osiągnięta moc wyjściowa ma wartość 0,5 wata. W
efekcie, w Chicago zaczął pracować pierwszy na
świecie reaktor jądrowy w którym uzyskano
świecie reaktor jądrowy, w którym uzyskano
maksymalną moc 200 watów.
Pierwszy reaktor jądrowy do zastosowań komercyjnych został skonstruowany we
10 maja 1934 roku grupa badawcza Enrico Ferminiego (1901-1954) ogłasza rezultaty eksperymentów, podczas których
wykryto radioaktywne produkty, w sytuacji bombardowania jądra uranu neutronami. Dzień 4 lipca 1934 roku jest dniem
wczesnych latach 50 - tych. W 1951 r. Experimental Breeder Reactor (EBR-1),
opatentowania przez Leo Szilarda technologii wykorzystywania neutronów w reakcjach łańcuchowych i określenia koncepcji
mieszczący się w National Reactor Testing Station w Idaho, został ukończony i był
masy krytycznej. Enriko Fermi w tym samym roku 22 paz
dziernika odkrywa zasadÄ™ moderacji neutronowej oraz zjawisko
wzmożonego pochłaniania wolnych neutronów. W dniu 21 grudnia 1938 roku Otto Hahn (1879-1968) {Nobel 1944} wraz z
obsługiwany przez Argonne National Laboratory.
Fritzem Strassmanem (1902-1980), odkryli rozszczepienie jądra atomowego. Publiczne ogłoszenie odkrycia reakcji
rozszczepienia zostaje dokonane przez N.Bohra w dniu 26 stycznia 1939 roku w trakcie corocznego kongresu fizyków
Podczas pierwszej demonstracji tego (już jądrowego) generatora prądu rozbłysły 4
teoretyków, który odbył się na Uniwersytecie Georga Washingtona w Waszyngtonie. Sukcesy odniesione przez brytyjskich
załączone żarówki. EBR-1 był prototypem reaktorów typu metal cooled. Reaktor
naukowców stały się w tym czasie bodz
cem dla kadry naukowej ze Stanów Zjednoczonych, która była zaangażowana w tym
czasie w pracach nad pokojowymi badaniami rozszczepienia jądra uranu. Sierpień-wrzesień 1941 roku to czas, w którym
Borax III był zaś prototypem reaktorów typu BWR.
Fermi ze swoją grupą badawczą dokonuje montażu podkrytycznego stosu (przyszłego serca reaktora jądrowego).
3 4
Pierwszy ludzki reaktor
" Kontrola reakcji rozszczepienia odbywała się za pomocą
prętów kadmowych, które umieszczone w stosie
pochłaniały neutrony i w ten sposób hamowały reakcję.
Kadm jest substancją bardzo silnie pochłaniającą
" Pierwszy reaktor atomowy, nazywany wtedy stosem
atomowym został zbudowany w 1942 roku w Chicago neutrony i dlatego bardzo dobrze nadaje się do
przez zespół fizyków kierowany przez Enrico Fermiego.
sterowanie reakcją. Stos posiadał dwa systemy
Umiejscowiono go w pokoju do gry w squasha pod
bezpieczeństwa: pierwszym był człowiek zaopatrzony w
trybunami stadionu Uniwersytetu Chicagowskiego.
siekierę, który w razie niebezpieczeństwa przecinał
" Budowę stosu zaczęto od ułożenia kilku warstw
Ä™ Ä™
sznur na którym wisiały tzw. pręty bezpieczeństwa,
sznur na którym wisiały tzw pręty bezpieczeństwa
grafitowych cegieł (pełniących rolę moderatora) na
również wykonane z kadmu. Po przecięciu pręty opadały
małym z
ródle neutronów. Następnie układano warstwy
i reakcja zostawała zatrzymana. Drugim systemem
grafitu zawierajÄ…ce uran metaliczny 235U lub tlenek
bezpieczeństwa była grupa ludzi stojąca na szczycie
uranu. Uran był umieszczony w grafitowych cegłach w
stosu zaopatrzona w wiadra z wodą bromowaną, którą w
postaci małej kulki. W ten sposób ułożono  kopiec
razie niebezpieczeństwa wylewali na stos. Taka woda
szerokości ok. 7,5 metra i wysokości ok. 6 metrów
składający się z 350 ton grafitu, 36,5 ton tlenku uranu i również bardzo silnie pochłania neutrony i dodatkowo
5,6 tony metalicznego uranu.
przejmuje ciepło wydzielone w czasie reakcji.
1
Cykl paliwowy
" Uzyskanie samopodtrzymujÄ…cej siÄ™ reakcji jÄ…drowej Cykl paliwowy obieg paliwa jÄ…drowego obejmujÄ…cy kolejne fazy jego przetwarzania, poczynajÄ…c od kopalni
rudy, przez produkcję koncentratu, jego przerób chemiczny, wzbogacenie izotopowe uranu, wytwarzanie
nastąpiło 12 grudnia 1942 roku o godzinie 3.25
paliwa reaktorowego, spalanie w reaktorze, przechowanie wypalonego paliwa i jego przerób aż po
ostateczne składowanie odpadów.
lokalnego czasu. Kadmowe pręty sterujące były
Etapy cyklu paliwowego:
stopniowo wyciągane z wnętrza stosu i po każdym
małym kroku wykonywano obliczenia, aby sprawdzić czy
Wydobywanie rudy uranu
reakcja jest samopodtrzymujÄ…ca siÄ™. Moc pierwszego
Wzbogacanie i obróbka
reaktora była niewielka i wynosiła około 200W. Po uranu
eksperymencie sterujące pręty kadmowe zostały B d l tó
eksperymencie sterujące pręty kadmowe zostały Budowa elementów
paliwowych
wsunięte i reakcja łańcuchowa została zatrzymana.
Wytwarzanie energii
Transport wypalonych
prętów paliwowych
Składowanie prętów
paliwowych
Zakłady przerobu paliwa
jÄ…drowego
Transport odpadów
promieniotwórczych
http://www.uic.com.au 8
Składowanie odpadów
promieniotwórczych
Cykl paliwowy  wydobywanie rudy uranu Cykl paliwowy  wzbogacanie i obróbka uranu
Uran jest metalem ciężkim, który otrzymujemy z rud Czysty uran naturalny jest dla elektrowni jądrowych nieprzydatny. jako że tylko w 0,7% składa się
uranowych. Najbardziej znaną z nich jest smółka z rozszczepialnego U-235, a pozostałe 99,3% stanowi nieco cięższy, nierozszczepialny U-238.
uranowa, składająca się w 95% z tlenku uranu i Obydwa izotopy uranu nie różnią się między sobą pod względem chemicznym, stąd do
występująca nieraz w postaci wielotonowych bloków. wzbogacania wykorzystuje się różnicę w ich ciężarze. Najpierw przemienia się uran za pomocą
Większość pozostałych rud zawiera niestety znacznie fluoru w gaz, sześciofluorek uranu (UF6), zatem w związek uranu i fluoru. Do rozdzielenia obydwu
mniej uranu. Wydobycie staje się opłacalne, gdy tona izotopów uranu można teraz wykorzystać jedną z następujących metod, W metodzie kanalikowej
rudy zawiera co najmniej kilka kg uranu. Ruda przepuszcza się UF6 z dużą prędkością przez drobne kanaliki o kształtach półkolistych.
wydobyta w kopalniach lub odkrywkach musi najpierw Występująca tu siła odśrodkowa wypycha składową gazu zawierającą U-238kuobrzeżom toru, co
zostać poddana obróbce. Polega ona na łamaniu, umożliwia oddzielenie jej od składowej gazu zawierającej lżejszy U-235. Oczywiście w ten sposób
mieleniu i wyługowaniu. W rezultacie otrzymujemy nie jest możliwe całkowite rozdzielenie obydwu izotopów. Jeśli jednak połączy się wiele opisanych
ostatecznie ponad 70-procentowy koncentrat uranowy, tu układów w tzw. kaskadę, to otrzyma się w rezultacie gaz zawierający wystarczającą
tzw. "yellow cake", czyli "żółte ciasto". Który jest koncentrację atomów U-235. W metodzie dyfuzyjnej przepuszcza się gaz UF6 przez przegrody
produktem wyjściowym do dalszej obróbki.' półprzepuszczalne.
Lżejsza składowa z U-235 przechodzi
(dyfunduje) przez pory przegród szybciej
(dyfunduje) przez pory przegród szybciej
niż cięższa z U-238. Prowadzi to także
do częściowego rozdziału składowych.
W metodzie wirówkowej wiruje się gaz w
bardzo szybkiej centryfudze. Siła
odśrodkowa przyciska składową cięższą
silniej do ściany, wobec czego
koncentracja lżejszego U-235 w
środkowej części wirówki wzrasta.
Również i tu osiągamy rozdział U-235 i
U-238, choć konieczne jest połączenie
wielu układów szeregowo, by uzyskać
pożądane wzbogacenie. Inne metody, w
Mapa wydobycia
których osiągano by wymagane
rudy uranu na
wzbogacenie w pojedynczym procesie,
są jeszcze w stadium opracowań.
świecie
9 10
www.atomowe.kei.pl
Cykl paliwowy  budowa elementów paliwowych Cykl paliwowy  wytwarzanie energii
Pręty paliwowe elektrowni jądrowych zawierają pastylki wykonane z dwutlenku uranu
(UO2). Ten ostatni uzyskujemy ze wzbogaconego gazu UF6 i prasujÄ…c nadajemy mu
postać pastylek o grubości ok. 1,5 cm i średnicy ok. 1 cm. Podane tu wymiary - jak
prawie wszystkie dane liczbowe - mogą dla różnych elektrowni, a także w różnych
państwach nieco się różnić, stanowią jednak typowe wartości przeciętne. Surowe
wypraski ogrzewa siÄ™ do 1700°C, co daje im koniecznÄ… spoistość i wytrzymaÅ‚ość.
Następnie poddaje się je obróbce mechanicznej z dokładnością do 1/10000 mm i
wprowadza w rurki, zwane koszulkami. Dla lepszej wymiany ciepła w koszulki
wprowadza się hel. Koszulki ponadto nigdy nie są całkowicie wypełnione pastylkami,
gdyż w wyniku rozpadu promieniotwórczego powstają gazy wymagające
odpowiedniej przestrzeni, tzw. przestrzeni gazu porozpadowego. Wypełnione i
szczelnie zamknięte koszulki stanowią pręty paliwowe; wraz z prętami regulacyjnymi
t l t li któ h k t k j ż b ć b d óż l t k
tworzą one elementy paliwowe, których konstrukcja może być bardzo różna, l tak w
reaktorze wrzącym znajdujemy często 7x7 prętów paliwowych w wiązce paliwowej, w
reaktorze wodnym ciśnieniowym 15x15 lub 20 x 20. Także położenie prętów
regulacyjnych możesię wróżnych reaktorach zasadniczo zmieniać.
Z. Celiński, (1991) Energetyka jądrowa; PWN
11 12
2
Cykl paliwowy
Cykl paliwowy  składowanie prętów paliwowych
 zakłady przerobu paliwa jądrowego
W elektrowni jÄ…drowej wymienia siÄ™ co roku prawie
trzecią część elementów paliwowych na nowe. W
dużej elektrowni jądrowej o mocy 1 GW opuszcza
reaktor rok w rok ok. 30 t uranu. Ten materiał jest
Zakładem przerobu paliwa jądrowego nazywamy taki zakład, w którym
wprawdzie skażony groz
nymi dla życia produktami
przeprowadza się rozdział poszczególnych składników wypalonych elementów
rozpadu promieniotwórczego, jednak z drugiej strony
zawiera cenne, możliwe do odzyskania materiały
paliwowych. W szczególności należy oddzielić odpady radioaktywne i odzyskać
rozszczepialne. Stąd usuwanie i obróbka wysłużonych
paliwo jądrowe, czyli uran i pluton. Pręty paliwowe zawierają bowiem obok jąder U-
elementów paliwowych jest niezmiernie istotnym
235, które nie uległy rozszczepieniu, także pluton-239, powstały w procesie
czynnikiem zarówno z punktu widzenia ochrony
środowiska naturalnego, jak i opłacalności
powielenia i nadający się jako paliwo jądrowe. Po odpowiednim leżakowaniu w
przedsięwzięcia.
basenie elektrowni oraz w składowisku pośrednim pręty paliwowe przewozi się w
Postępuje się następująco. Po trwającej około roku
ich pojemnikach transportowych do zakładu przerobu. Są one stale jeszcze
obecności elementów paliwowych w basenie z wodą
w elektrowni jÄ…drowej przenosi siÄ™ je na tzw.
l kt i j d j i i j t
wysoce promieniotwórcze, więc od personelu technicznego muszą je oddzielać
i i t ó i d l t h i j dd i l ć
składowiska pośrednie. Elementy paliwowe pozostają
grube mury betonowe lub szyby ze szkła ołowiowego, a proces przerobu musi być
w tym czasie wewnątrz pojemników transportowych,
w pełni zautomatyzowany. Pręty paliwowe są najpierw rozdrabniane, a następnie
zapewniających całkowicie bezpieczne składowanie i
chroniÄ…cych od promieniowania radioaktywnego.
rozpuszczane w kwasie azotowym. Uran, pluton oraz produkty rozpadu
Następnie poddaje się pręty paliwowe przeróbce.
rozpuszczają się prawie całkowicie, pozostają natomiast rozdrobnione koszulki
NadajÄ…ce siÄ™ do wykorzystania paliwo zostaje
prętów paliwowych, które po zabetonowaniu składa się w bezpiecznym miejscu. W
odzyskane i przekazane do produkcji nowych
elementów paliwowych. Niebezpieczne produkty
następstwie szeregu chemicznych procesów następuje rozdział uranu, plutonu i
rozpadu radioaktywnego sÄ… oddzielane i na zawsze
pozostałych produktów rozpadu. Uran i pluton, po oczyszczeniu, trafiają do fabryki
składowane w mogilnikach. Istnieje oczywiście
produkującej pręty paliwowe, natomiast odpady radioaktywne są pakowane i
możliwość złożenia wypalonych elementów
paliwowych w mogilnikach bez żadnej obróbki i
przygotowywane do składowania w mogilniku.
odzysku.
13 14
Cykl paliwowy
Cykl paliwowy  składowanie odpadów promieniotwórczych
 transport odpadów promieniotwórczych
Odpady radioaktywne należy podzielić na trzy grupy:
Odpady promieniotwórcze, które są już nie do wykorzystania na danym żadnym - Słabo aktywne. Odpady tej grupy w postaci stałej lub ciekłej są najpierw
na drodze stężania, ściskania lub spalania redukowane do możliwie
etapie cyklu paliwowego muszą być transportowane pomiędzy zakładem przerobu
najmniejszej objętości. Następnie zostają zacementowane w beczkach.
paliwa jądrowego a miejscem jego wiecznego składowania.
- Åšrednio aktywne odpady, rozdrabnia i zalewa cementem w beczkach.
Do tego celu stworzono specjalne kontenery do przewozu odpadów
- Wysoko aktywne. Są to z reguły produkty rozpadu rozpuszczone w
promieniotwórczych. Z reguły mają one rozmiary dostosowane do transportu kwasie azotowym, są z
ródłem 99% promieniowania wszystkich odpadów
promieniotwórczych, stąd należy przy ich składowaniu zachować
kolejowego lub morskiego. Ze względu na bardzo rygorystyczne normy
szczególną ostrożność. Opracowano dla nich specjalny proces
bezpieczeństwa, taki kontener musi spełniać niezwykle ostre normy, jak np.
zeszkliwienia. Na początku następuje proces zagęszczania i chemicznego
wytrzymać dÅ‚ugotrwaÅ‚y pożar, katastrofÄ™ kolejowÄ…, upadek z mostu, uderzenie przetwarzania. NastÄ™pnie w temperaturze powyżej 1100°C stapia siÄ™ je z
proszkiem szklanym, tworząc z nich nierozłączny składnik szkliwa, którym
samolotu odrzutowego, atak terrorysty y itp. W żadnej z teg ty sytuacji nie
g y yczny j go ypu y j
wypełnia się grubościenne beczki ze stali nierdzewnej W zakładzie
wypełnia się grubościenne beczki ze stali nierdzewnej. W zakładzie
może dojść do rozszczelnienia kontenera i uwolnienia się materiału radioaktywnego.
przerobu przypada na każdą tonę uranu około 130 l wysoko aktywnego
Dlatego na przykład taki kontener o wadze rzędu 120 ton ma ściany grubości 50 cm odpadu w postaci bloku szkliwa, 5 beczek po 400 l odpadu średnio
aktywnego raz 15 beczek słabo aktywnego. Te odpady trzeba
a jego zawartość to zaledwie kilka wypalonych prętów paliwowych.
zmagazynować w sposób bezpieczny "po wsze czasy", czyli bez
ograniczeń czasowych, gdyż nawet po wielu pokoleniach będą one nadal
Jednym z testów jakie musi przejść taki kontener jest na przykład zrzucenie z
stanowić duże zagrożenie.
wysokości kilku metrów na stalową iglicę. Po takim upadku kontener musi zachować
szczelność. Taki pojemnik musi być także stabilny czasowo  to znaczy jego
Typowe miejsce przechowywania odpadów promieniotwórczych to wyeksploatowane kopalnie soli. I tak najpłycej
parametry nie mogą się zmieniać w czasie zarówno krótkofalowo jak i w dłuższym
składuje się odpady słabo aktywne  są to poukładane beczki z odpadami. Na średnim poziomie kopalni przechowuje się
odpady średnio aktywne, które w beczkach wrzuca się w procesie zautomatyzowanym do komory. Odpady wysoko
okresie czasu. Ma to znaczenie przy transporcie morskim, gdzie czas przewozu
aktywne zostają zabetonowane na najniższym poziomie kopalni (poniżej 1000m). Mogielniki umieszcza się w odwiertach
ładunku można liczyć w tygodniach. W transporcie kolejowym trzeba przewidzieć
i tam zostajÄ… zalana cementem.
także możliwość znacznego wydłużenia się czasu transportu na skutek blokad
Należy także pamiętać przy wyborze miejsca składowania odpadów radioaktywnych, aby miejsce ich składowania było
urządzanych przez ekologów.
rejonem wolnym od wstrząsów sejsmicznych i uskoków tektonicznych. Także aby miejsce składowania nie miało
styczności z wodami gruntowymi.
15 16
Reaktor atomowy  podstawy (1) Reaktor atomowy  podstawy (2)
U podstaw działania reaktorów jądrowych leży, odkryte w 1939 r. przez fizyków
niemieckich, zjawisko rozszczepienia jÄ…der uranu U235 w wyniku bombardowania
92
Kontrolowany przebieg reakcji łańcuchowej zapewnia element
ich neutronami. Przy rozpadzie jÄ…dra U235 na dwa mniejsze jÄ…dra wyzwala siÄ™
92
odpowiedzialny za ilość neutronów w reaktorze. Do tego celu
olbrzymia energia, ok. 200 MeV.
stosuje się tzw. pręty regulacyjne. Wykonane są z materiału
W wyniku rozszczepienia np. jądra U235 po uderzeniu neutronu wyzwala się duża bardzo dobrze pochłaniającego neutrony. Umieszcza się je
ilość energii oraz są emitowane nowe neutrony, średnio 2,5 neutronu na jedno pomiędzy prętami paliwowymi, a głębokość ich wsunięcia
rozszczepienie. Neutrony te mogą powodować następne rozszczepienia innych pomiędzy pręty paliwowe wpływa na szybkość reakcji
jąder, prowadząc do dalszego zwiększenia liczby neutronów i dalszego rozwijania się łańcuchowej. Innym dodatkowym urządzeniem montowanym w
reakcji. Istnieje więc tu możliwość osiągnięcia samopodtrzymującej się reakcji reaktorach jądrowych są pręty awaryjne. Mają one za zadania w
łańcuchowej. Neutrony powstające w wyniku rozszczepień mogą spowodować sytuacji krytycznej wygaszenie reaktora tzn. zatrzymanie reakcji
następne rozszczepienia, mogą też jednak zostać stracone wskutek absorpcji lub łańcuchowej. Także wykonywane są z materiału bardzo dobrze
ucieczki. Jeśli liczba neutronów powstających w reaktorze w jednostce czasu jest absorbującego neutrony. W przeciwieństwie do prętów
równa liczbie neutronów traconych w tym czasie, wówczas w reaktorze zachodzi sterujących, które mają regulowaną głębokość wnikania do
kontrolowana, samopodtrzymująca się, reakcja łańcuchowa. Stan taki nazywamy reaktora, pręty awaryjne posiadają dwie pozycje pracy górną
stanem krytycznym reaktora Odchylenie stanu reaktora jÄ…drowego od stanu (reaktor pracuje) i dolnÄ… (reaktor wygaszony)
stanem krytycznym reaktora. Odchylenie stanu reaktora jÄ…drowego od stanu (reaktor pracuje) i dolnÄ… (reaktor wygaszony).
krytycznego opisuje tzw. reaktywność. Reaktor jest sterowalny i bezpieczny, gdy ma
małą, dodatnią reaktywność związaną z neutronami opóz
nionymi.
By reaktor mógł osiągnąć stan krytyczny, musi być spełnionych szereg
Spośród wielu różnych reakcji jądrowych w reaktorach jądrowych najważniejsze są warunków. Przy określonej konstrukcji musi on mieć wymiary nie mniejsze
reakcje wywołane przez neutrony lub promieniowanie (fotony) ł. Neutrony od pewnych wymiarów minimalnych, zwanych wymiarami krytycznymi. W
uderzające w jądra mogą spowodować różne reakcje, z których najważniejsze to przeciwnym przypadku ucieczka neutronów z reaktora i ich absorpcja nie
pręty sterujące
rozszczepienie jądra, rozproszenie oraz pochłanianie (absorpcja) neutronów. mogą być zbilansowane produkcją neutronów. Odpowiadającą wymiarom
Zależnie od ich energii kinetycznej neutrony dzielimy na termiczne - o energiach krytycznym masę materiału rozszczepialnego nazywa się masą krytyczną.
rzędu setnych części eV, prędkie - o energiach rzędu dziesiątych części MeV, Wymiary reaktorów są zazwyczaj większe od krytycznych; dla osiągnięcia
epitermiczne - o energiach pośrednich. Prawdopodobieństwo zajścia reakcji stanu krytycznego zwiększa się absorpcję neutronów przez wprowadzenie
rozszczepienia jądra uranu U235 jest znacznie większe dla neutronów o malej do reaktora odpowiednich materiałów (pręty regulacyjne). Część reaktora,
92
pręty paliwowe
energii niż o dużej. Wymusiło to zastosowanie w reaktorze atomowymurządzenie w której znajduje się paliwo jądrowe, nazywa się rdzeniem. Rdzeń jest
spowalniającego neutrony zwanego moderatorem. W większości przypadków zwykle otoczony warstwą materiału, zwaną reflektorem, która jakby
funkcję moderatora pełni woda otaczająca pręty paliwowe, która jednocześnie "odbija" z powrotem znaczną część neutronów uciekających z rdzenia.
odbiera od nich ciepło będące efektem reakcji jądrowych w prętach paliwowych. Zastosowanie reflektora zmniejsza wymiary krytyczne i masę krytyczną.
obieg pierwotny
Innym dobrym materiałem na moderator jest węgiel pod postacią grafitu i beryl. Wytwarzana w reaktorze energia jest odbierana w postaci ciepła przez
17 czynnik chłodzący, zwany chłodziwem, przepływający przez rdzeń 18
reaktora.
3
Reaktor atomowy  podstawy (3) Podział reaktorów
Schemat budowy reaktora atomowego, gdzie: Rozróżnia się kilka kryteriów podziałów reaktorów atomowych, oto najważniejsze z nich:
- Zastosowanie:
1 osłona biologiczna - badawcze - omałej mocy wykorzystywane w badaniach naukowych jako silne z
ródła neutronów
ma ona na celu ograniczenie oddziaływania - produkcyjne - służące do wytwarzania sztucznych pierwiastków promieniotwórczych na drodze aktywacji,
reaktora na środowisko zewnętrzne głównie do produkcji plutonu  szczególną klasę tych reaktorów stanowią tzw. reaktory jądrowe powielające, w
których paliwo jądrowe w trakcie wypalania przekształca się w inny rodzaj paliwa jądrowego
2 osłona ciśnieniowa
- energetyczne - wytwarzające energię cieplną przekształcaną w energię mechaniczną lub elektryczną
jej zadaniem jest utrzymanie
odpowiedniego ciśnienia wewnątrz reaktora - doświadczalne - prototypy nowych rozwiązań technicznych
3  reflektor neutronów - Rodzaj moderatora
jego celem jest zawracanie wodne, ciężkowodne, grafitowe, sodowe
neutronów tych, opuszczają rdzeń z
neutronów tych, opuszczają rdzeń z
- Energianeutronów
E i t ó
powrotem do rdzenia
- wysokostrumieniowe - o strumieniu neutronów przekraczającym 1014 cząstek/cm2s
4 pręty bezpieczeństwa
- prędkie - gdy reakcja rozszczepienia zachodzi dzięki neutronom prędkim
pozwalają wkażdej chwili wygasić reaktor
- pośrednie - gdy stosuje się neutrony pośrednie
5 pręty sterujące
- termiczne - wykorzystywane sÄ… neutrony termiczne
zapewniają możliwość regulacji szybkości zachodzącej w reaktorze reakcji łańcuchowej
-epitermiczne - reakcja zachodzi dzięki neutronom epitermicznym
6  moderator
- Rodzaj paliwa
element spowalniający neutrony, wykonuje się je z materiałów zawierających duże ilości atomów o małej liczbie
porządkowej, skutecznie zmniejszających energię neutronów produkowanych w trakcie rozszczepiania.
- uranowe
7 pręty paliwowe - plutonowe
zawierajÄ… paliwo jÄ…drowe w formie fizykochemicznej i o stopniu wzbogacenia dostosowanym do
- mox
konstrukcji reaktora jÄ…drowego
- torowe
8 chłodziwo
19 20
odbiera ciepło reakcji jądrowych z rdzenia i oddaje je w wymienniku ciepła do obiegu wtórnego
Podział reaktorów - oznaczenia Podział reaktorów  wodny wrzący
PWR reaktor ciśnieniowy chłodzony i moderowany lekką wodą Pressurized light-Water-moderated and cooled Reactor
W reaktorze wodnym wrzÄ…cym zamieniamy wodÄ™ w
parę za pomocą energii jądrowej. Następuje to w
BWR reaktor wrzący chłodzony i moderowany lekką wodą Boiling light-Water-moderated and cooled Reactor
zbiorniku ciśnieniowym reaktora. Para pod ciśnieniem
LWR reaktor chłodzony i moderowany lekką wodą Boiling light-Water-moderated and cooled Reactor
około 7MPa napędza turbinę, która dostarcza
HWR reaktor ciężkowodny Boiling light-Water-moderated and cooled Reactor
generatorowi energii potrzebnej do wytworzenia prÄ…du.
HWLWR reaktor wrzący chłodzony lekką wodą, moderowany wodą ciężką Heavy-Water -moderated, boiling-Light-Water Reactor
We wspomnianym zbiorniku ciśnieniowym reaktora,
który w omawianym przykładzie posiada ścianki o
PHWR reaktor ciśnieniowy chłodzony i moderowany ciężką wodą Pressurized Heavy-Water-moderated and cooled Reactor
grubości 16 cm, znajduje się rdzeń reaktora, przez który
SGHWR reaktor wrzący chłodzony lekką wodą, moderowany wodą ciężką Steam-Generating Heavy-Water Reactor
przepływa woda doprowadzana do wrzenia. Rdzeń
HWGCR reaktor chłodzony gazem moderowany ciężką wodą Heavy-Water-moderated Gas-Cooled Reactor
reaktora składa się z około 800 elementów paliwowych.
CANDU reaktor kanadyjski typu PHWR CANadian Deuterium-Uranium reactor
Każdy element paliwowy znajduje się w blaszanym
pojemniku, do którego woda dostaje się przez otwór w
LWGR reaktor chłodzony lekką wodą z moderatorem grafitowym Light-Water-cooled, Graphite-moderated Reactor
spodzie. Woda wypełnia pojemnik i styka się z 64
PTGR reaktor kanałowy z moderatorem grafitowym Pressurized-Tube Graphite Reactor
prętami paliwowymi, y prętami y y p
p Ä™ p y , czyli p Ä™ wykonanymi np. z
GCR reaktor chłodzony gazem z moderatorem grafitowym Gas-Cooled, graphite-moderated Reactor
rozszczepialnego uranu. Pręty składają się zazwyczaj
AGR ulepszony reaktor chłodzony gazem z moderatorem grafitowym Adwanced Gas-cooled, graphite-moderated Reactor
ze wzbogaconego uranu w postaci dwutlenku uranu
HTR reaktor wysokotemperaturowy chłodzony gazem High-Temperature gas-cooled Reactor (UO2). Podczas rozszczepiania jąder uranu wydziela
się duża ilość energii, którą w formie ciepła odbiera
z moderatorem grafitowym
woda chłodząca (chłodziwo).
HTGR reaktor wysokotemperaturowy chłodzony gazem High-Temperature Gas-cooled Reactor
Woda służy też jednocześnie jako moderator (hamuje więc do tego stopnia prędkie neutrony, powstałe podczas każdego
z moderatorem grafitowym
rozszczepienia jądra, że same mogą powodować dalsze rozszczepienia). Gdyby wszystkie powstałe w tej reakcji neutrony
THTR reaktor wysokotemperaturowy na paliwie torowym Thorium High-Temperature Reactor
przyczyniały się do dalszego rozszczepiania, reaktor wyszedłby spod kontroli i wytwarzałby za dużo energii - stałby się
FBR reaktor prędki powielający Fast Breeder Reactor wybuchającą bombą atomową. Aby temu zapobiec, każdy reaktor zawiera takie materiały, jak bor lub kadm, które absorbują
(pochłaniają) neutrony, w takim stopniu, aby reakcja nie wymknęła się spod kontroli, ale też by nie "zgasła". Neutrony pochłaniane
LMFBR reaktor prędki powielający chłodzony sodem Liquid-Metal-cooled, Fast Breeder Reactor
są przez wspomniane materiały, które tworzą pręty sterujące, które są wsuwane do reaktora mniej lub bardziej głęboko - w
LWBR reaktor powielający termiczny chłodzony lekką wodą Light-Water Breeder Reactor
zależności od potrzeb. Bardziej wysunięte to mniejsze pochłanianie i większa ilość rozszczepień. Mniej wysunięte to spowolniona
MSBR reaktor powielający chłodzony stopionymi solami Molten-Salt Breeder Reactor
reakcja. Wsuwaniem i wysuwaniem prętów łatwo można kontrolować reakcję, a w razie potrzeby zadusić. Pręty, ze względu na
GCFR reaktor prędki chłodzony gazem Gas-Cooled Fast Reactor znaczną szybkość reakcji jądrowych i konieczność jeszcze szybszego reagowania, posiadają sterowanie automatyczne. Podczas
pierwszego uruchomienia reaktora trzeba dostarczyć neutronów z zewnętrznego z
ródła. Po chwilowym zatrzymaniu reakcji nie jest
OMR reaktor z chłodziwem i moderatorem organicznym Organic-Moderated and cooled Reactor
to konieczne. Elementy paliwowe dostarczają wtedy dostatecznej ilości neutronów, aby uruchomić reakcję jądrową
21 22przez
SZR reaktor chłodzony sodem moderowany wodorotlenkiem cyrkonu Sodium-cooled, Zirkonium-hybride-moderated Reactor
wysunięcie prętów sterujących.
Na podstawie: Zdzisław Celiński "Energetyka Jądrowa"
Podział reaktorów  wodny ciśnieniowy Podział reaktorów  powielający
Jądra U-238 mogą wchłaniać neutrony,
W reaktorze wodnym ciśnieniowym woda przemieniając się przy tym w jądra plutonu,
które można łatwo rozszczepić i wykorzystać
stykajÄ…ca siÄ™ z rdzeniem reaktora nie gotuje siÄ™.
do produkcji energii. Reaktor powielajÄ…c
Uniemożliwia jej to ogromne ciśnienie - rzędu 15
wykorzystuje tą własność. Jako materiał
MPa. Woda ta krąży w obiegu pierwotnym i w
rozszczepialny jest w nim stosowany Pu-
odpowiedniej wytwornicy pary ogrzewa wodÄ™
239, który podczas rozpadu produkuje 2 lub
obiegu wtórnego, a zatem nie styka się z nią
3 neutrony. Jeden neutron jest potrzebny do
bezpośrednio. Woda obiegu pierwotnego
podtrzymania reakcji łańcuchowej, podczas
schładza się przy tym z 330C do 290C. Podczas
gdy pozostałe są przekazywane do jąder U-
gdy woda obiegu wtórnego wrze i wytworzoną
238, które przemieniają się w Pu-239. Tak
parą napędza turbinę i generator, to woda obiegu
powstaje nowe paliwo. Reaktor wytwarza w
pierwotnego, ciągle w stanie ciekłym, jest
ten sposób nowe paliwo. W optymalnym
pompowana do rdzenia, gdzie ponownie ogrzewa
przypadku może wytworzyć nawet więcej
się do 330C. Odpowiedni regulator ciśnienia
paliwa niż sam zużył. Ten proces zachodzi
zapewni stałe ciśnienie tej wody. Typowy reaktor
także w innych typach reaktorów, ale w
wodny ciśnieniowy o mocy 1300 MW ma rdzeń
marginalnych ilościach. Zasoby U-238 są
zawierający około 200 elementów paliwowych po
znaczne, więc powszechnie uważa się, że w
300 prętów paliwowych każdy. Sterowanie
przyszłości takie reaktory odegrają duża role
reaktorem odbywa siÄ™ z jednej strony przez
w wytwarzaniu energii. Technika ta, dzięki wykorzystywaniu nierozszczepialnego U-238, jest sześćdziesięciokrotnie bardziej
zmianę stężenia roztworu boru (pochłaniającego
wydajna od tradycyjnej uranowej. Przemiana U-238 w Pu przebiega lepiej z neutronami prędkimi niż wolnymi. W reaktorze
neutrony) w wodzie obiegu pierwotnego, z drugiej
prędkim powielającym wykorzystuje się właśnie te prędkie neutrony do procesu powielania. Przy małej zawartości plutonu
strony zaś przez pręty regulacyjne, zawierające
proces przebiegałby ze zbyt małą wydajnością, stąd w owych reakcjach elementy paliwowe zajmują 20-30% plutonu i 70-80 %
kadm, które, jak już poprzednio jest wspomniane,
U-238. Jest prawie 10-krotnie więcej materiału rozszczepialnego niż we wcześniejszych typach reaktorów, więc istnieje wiele
można wsuwać i wysuwać.
niebezpieczeństw i trudności technicznych związanych z budową i eksploatacją takich siłowni. Reaktor składa się z elementów
Woda także jest tu spowalniaczem. Gdy reaktor nadmiermie się nagrzewa, to gęstość wody paliwowych, w których wytwarzana jest energia oraz z elementów powielających, gdzie powstaje nowe paliwo. Z powodu
obecności dużej ilości materiału rozszczepialnego wytwarzanie ciepła w elementach paliwowych jest bardziej intensywne.
maleje. Tym samym prędkie neutrony są słabiej wyhamowywane, liczba rozszczepień
Dlatego ochładza się taki reaktor ciekłym sodem, który dobrze przewodzi ciepło, ale w przeciwieństwie do wody słabo hamuje
dostarczających energii maleje i cały układ się ochładza. Reaktor taki, podobnie jak i wrzący,
neutrony. Są więc one ciągle prędkie. Obieg pierwotny ciekłego sodu ogrzewa ciekły sód w obiegu wtórnym. Ten doprowadza
nosi nazwę lekkiego ponieważ stosuje się wnim"zwykłą" wodę, a nie "ciężką".
do wrzenia, a wytworzona para napędza urządzenia produkujące prąd.
23 24
4
Podział reaktorów  wysokotemperaturowy Energetyka jądrowa  na świecie
PRODUKCJA REAKTORY REACTORY W ZAMÓWIONE lub ZUZYCIE
KRAJ ENERGII W EJ CZYNNE BUDOWIE PLANOWANE URANU Tabelka prezentuje zestawienie wszystkich
2000 Czerwiec 2001 Czerwiec 2001 Czerwiec 2001 2000
billion kWh % ilość MWe ilość MWe ilość MWe tony U państw posiadających u siebie elektrownie
Reaktor taki zużywa jako surowiec
Argentina 5.7 7.3 2 935 1 692 0 0 146
atomowe. Z tabeli tej widać, że niektóre
energetyczny obok uranu także tor- Armenia 1.8 33 1 376 0 0 0 0 67
Belgium 45 57 7 5728 0 0 0 0 1020
232, który w trakcie pracy reaktora państwa jak Belgia, Francja i Litwa swoje
Brazil 5.6 1.5 2 1855 0 0 0 0 292
pochłania neutrony i przemienia się
Bulgaria 18 45 6 3538 0 0 0 0 615 zapotrzebowanie energetyczne oparły na
Canada 69 12 14 9998 6 3598 0 0 1326
w rozszczepialny U-233. Stosowane
energetyce jądrowej. W innych państwach
China 16 1.2 3 2167 8 6370 2 1800 418
paliwo ma postać drobnych
Czech 14 19 5 2560 1 912 0 0 349
energetyka jÄ…drowa jest tylko mniej lub
Republic
granulek, które następnie zasklepia
Egypt 0 0 0 0 0 0 1 600 0
bardziej znaczÄ…cym procentem w bilansie
się w kulach grafitowych wielkości
Finland 21 32 4 2656 0 0 1 1000 558
piłki tenisowej. Grafit służy jako France 395 76 59 63203 0 0 0 0 10513 energetycznym kraju. W przypadku małych
Germany 160 31 19 21141 0 0 0 0 3707
moderator hamujący neutrony. krajów jest to często pojedyncza elektrownia
Hungary 15 42 4 1755 0 0 0 0 354
Wytworzone w reaktorze ciepło India 14 3.1 14 2548 2 900 11 4980 312
atomowa składająca się z jednego lub więcej
Indonesia 0 0 0 0 0 0 1 600 0
podgrzewa gaz - na przykład
Iran 0 0 0 0 1 950 1 950 0 bloków (reaktorów). W większych krajach jak
obojętny chemicznie hel. Gaz ten z Japan 305 34 53 43505 4 4492 12 15858 7334
Francja i USA jest to sieć elektrowni
Francja i USA jest to sieć elektrowni
Korea DPR 0 0 0 0 0 0 2 1900 0
kolei odparowywuje wodę, która
(North)
atomowych rozsianych po całym kraju.
napędza turbinę. Korea RO 104 41 16 12970 4 3800 8 9200 2480
(South)
Lithuania 8.4 74 2 2370 0 0 0 0 359
Ważnymi aspektami, przy wyborze miejsca
Mexico 7.9 3.9 2 1364 0 0 0 0 231
Netherlands 3.7 4.0 1 452 0 0 0 0 105 pod budowę są względy bezpieczeństwa:
Pakistan 1.1 1.7 2 425 0 0 0 0 56
Romania 5.1 11 1 655 1 620 0 0 90
- historia tektoniczna miejsca, czy w danym
Russia 120 15 30 20793 3 2625 5 4050 3213
SlovakRep. 16 53 6 2472 2 840 0 0 531
rejonie występują wstrząsy i uskoki
Slovenia 4.5 3.7 1 679 0 0 0 0 132
Reaktor ten posiada kilka bardzo interesujÄ…cych cech:
South Africa 13 6.7 2 1842 0 0 0 0 366 tektoniczne mogące doprowadzić do
Spain 59 28 9 7345 0 0 0 0 1538
- Praca w bardzo wysokich temperaturach. Temperatura chÅ‚odziwa dochodzi nawet do 1000°C, dziÄ™ki czemu może zostać zniszczenia reaktora.
Sweden 55 39 11 9460 0 0 0 0 1539
wykorzystane jako z
ródłociepła do zasilania wysokotemperaturowych procesów przemysłowych Switzerland 24 36 5 3170 0 0 0 0 602
Taiwan 37 24 6 4884 2 2600 0 0 971 - dostępność wody (bliskość zbiornika z wodą
Ukraine 72 47 13 11195 2 1900 0 0 1878
- Wysoka sprawność. Dzięki dobremu bilansowi neutronów uzyskuje się współczynnik konwersji równy jedności i bardzo
jak rzeka lub jezioro)
United 78 22 33 12528 0 0 0 0 2578
wysokiego stopnia wypalenia paliwa. Istnieje możliwość zmiany paliwa w trakcie pracy reaktora. Kingdom
USA 754 20 104 98060 0 0 0 0 17496
- zaludnienie obszaru wokół elektrowni.
- Wysoki stopień bezpieczeństwa. Reaktor ten charakteryzuje się dużą pojemnością cieplną, dzięki czemu jest mniej wrażliwy WORLD 2447 16 437 352,629 37 30,299 44 40,938 61,176
billion kWh % ilość MWe ilość MWe ilość MWe tony U Elektrownie buduję się najczęściej na
na awarie systemu chłodzenia  bez uszkodzenia może przetrzymać w takim stanie godzinę (dla porównania PWR do 2
PRODUKCJA REAKTORY REACTORY W ZAMÓWIONE lub ZUZYCIE
26
minut). Także charakteryzują się bardzo niskim stopniem narażenia radiacyjnego personelu. 25 KRAJ ENERGII W EJ CZYNNE BUDOWIE PLANOWANE URANU terenach słabiej zamieszkałych, w pewnej
2000 Czerwiec 2001 Czerwiec 2001 Czerwiec 2001 2000
odległości od większych skupisk ludzkich.
www.nuclear.pl
Inne reaktory IDEA DZIAA
ANIA REAKTORA
" Reakcja rozszczepiania
" Reaktory militarne  pozyskiwanie
jąder promieniotwórczych
wzbogaconego plutonu do bomb
(Uran)
235
jÄ…drowych
U 92 + 1 n 0 => [ 236 U
]* => 141 56 36
] Ba 56 + 92 Kr 36
92
92
" Reaktory naukowe i doświadczalne (np
" Reaktory naukowe i doświadczalne (np.
+ 3 1 n 0 + Q
polski reaktor MARIA): badania wiÄ…zek
" Reakcja łańcuchowa,
neutronów, naświetlanie neutronami (np. samopodtrzymująca się
" MASA KRYTYCZNA 
krzemu), zastosowanie medyczne
Rozszczepienie jÄ…dra uranu 235
bez niej niemożliwa jest
powolnym neutronem
(izotopy, naświetlanie, etc.)
reakcja łańcuchowa
Reakcja łańcuchowa Reakcja łańcuchowa  c.d.
" Jądro atomowe może być rozszczepione przez neutrony powolne
" Warunkiem
(energia 1 keV)  przekrój czynny na rozszczepienie jądrowe jest
samopodtrzymywania siÄ™
największy dla neutronów powolnych
reakcji jest, aby w reakcji
" W reakcji rozszczepienia powstają średnio 3 neutrony szybkie (o
rozszczepienia był
energiach > 1keV), które nie będą uczestniczyć w dalszych
wytwarzany co najmniej
procesach rozszczepienia (bo mają za duże energie)
jeden neutron zdolny
" W związku z tym takie nowopowstałe neutrony prędkie należy
wywołać następne
spowolnić do energii ok. 1 keV, aby mogły rozszczepiać kolejne
rozszczepienie. Gdy w
p y
jądra, czego wynikiem będą kolejne neutrony prędkie. I reakcja
jądra, czego wynikiem będą kolejne neutrony prędkie. I reakcja
każdej reakcji łańcuchowa przebiega dalej&
rozszczepienia będzie
" Aby neutrony prędkie spowolnić, niezbędny jest MODERATOR. Są
powstawać średnio
to lekkie jądra, na których neutrony rozpraszają się sprężyście i
więcej niż jeden takich zgodnie z zasadą zachowania pędu tracą część swej energii, aż
stanÄ… siÄ™ neutronami powolnymi. Moderatorem jest np. woda (jÄ…dra
neutronów, reakcja
wodoru), ciężka woda, grafit, beryl, etc.
rozwinie siÄ™ lawinowo,
" Podobnie działa REFLEKTOR  to warstwa materiału (woda, grafit,
gdy mniej reakcja
beryl) okalająca rdzeń reaktorach o właściwościach "odbijania"
łańcuchowa wygaśnie.
uciekających neutronów z powrotem do materiału rozszczepialnego.
5
Neutrony natychmiastowe i opóz
nione
Masa krytyczna
" W wyniku rozszczepienia jądra większość neutronów
powstaje od razu, w tej samej chwili
" Skoro przy rozszczepieniu powstajÄ… nowe neutrony,
" Niewielka część neutronów (ok. 1% ) związanych z
które to mogą rozszczepiać kolejne jądra, to oczywistym
rozszczepieniem jest emitowana w dłuższym okresie, aż
staje się fakt, iż im więcej będzie jąder zdatnych do
do kilku minut po rozszczepieniu, ze stopniowo
rozszczepienia, tym reakcja będzie sprawniej
zanikającym natężeniem. Są to tzw. neutrony
przebiegać.
opóz
nione.
p
" Gdy materiału rozszczepialnego jest niewiele (masa
Gd t i Å‚ i l j t i i l (
" Emitowane są one nie z jądra złożonego, lecz w wyniku
krytyczna nie została przekroczona), reakcja łańcuchowa
rozpadu promieniotwórczego fragmentów
nie może zajść (więcej neutronów jest traconych niż
rozszczepienia.
nowopowstałych)
" Neutrony opóz
nione są bardzo ważne dla
" Gdy będziemy dokładać materiału rozszczepialnego, w
samopodtrzymywania się reakcji łańcuchowej.
pewnym momencie tyle samo neutronów będzie
Niezbędne do tego celu jest także uzyskanie MASY
tworzonych ile traconych- mamy masÄ™ krytycznÄ….
KRYTYCZNEJ.
Masa krytyczna  c. d. Masa krytyczna  c. d. 2
Liczba neutronów, które mogą uciec, jest proporcjonalna do
powierzchni zewnętrznej tego materiału. Ponieważ w przypadku
kuli objętość wynosi V=4/3*pi*R3, a jej powierzchnia S=4*pi*R2, Zależy ona od: geometrycznych wymiarów materiału
gdy będziemy zwiększać promień kuli R jej objętość będzie rosła
(jest najmniejsza, gdy materiał uformowany jest w
szybciej niż powierzchnia. Zatem coraz więcej neutronów będzie
kształcie kuli), rodzaju izotopu rozszczepialnego,
powodować następne reakcje, a coraz mniej uciekać poza kulę.
zanieczyszczeń i domieszek w materiale
rozszczepialnym (uran o zawartości 50% U-235 ma 4-
krotnie większą masę krytyczną od czystego U-235).
K Å‚ k t U 235 l b P 239 i i j j
Kawałek czystego U-235 lub Pu-239 o masie mniejszej
od masy krytycznej jest więc całkowicie bezpieczny,
można nim manipulować bez obawy wybuchu jądrowego
Przykładowe wartości mas krytycznych dla różnych
materiałów wynoszą:
- dla uranu-233 - 16 kg,
- dla uranu-235 - 52 kg,
- dla plutonu-239 - 10 kg.
6
& na Ziemi to nie człowiek pierwszy wykorzystał energię
jÄ…drowÄ…&
2 miliardy lat temu  pracowały tzw. reaktory naturalne.
Najbardziej znanym jest naturalny reaktor w miejscowości
Oklo w południowo-wschodnim Gabonie (Afryka)
" Powstaje pytanie jak to się działo w Oklo? Otóż naukowcy okryli kilkanaście nisz, w
których w przeszłości działały te naturalne reaktory. Reakcje łańcuchowe trwały tam
przez około 150.000 lat. Przez ten czas wypaliło się, jak się szacuje, około 6 ton
uranu U-235. Natomiast średnia moc takiego reaktora nie przekraczała 100
MARIA
kilowatów (takie jest mniej więcej zapotrzebowanie dziesięciu domów
jednorodzinnych w energie).
" Ciekawe jest to, że reakcje zachodzące w tych reaktorach nie wymknęły się spod
kontroli, czyli nie doszło do wybuchu ani stopienia rudy uranu. Najprawdopodobniej
" Reaktor Maria został pierwszy raz uruchomiony
moderatorem w tym przypadku była woda.
" W skałach otaczających złoża uranu zmierzono zawartość ksenonu, gazu
w grudniu roku 1974 i jako jedyny w Polsce
szlachetnego, który powstaje podczas reakcji łańcuchowej. I okazało się, że reaktor
w Oklo rozpalał się i działał przez 30 minut po czym gasł i po upływie 2,5 godziny
działa do dzisiaj (rok 2006). Jest on zbudowany
znowu się rozpalał. Cykl ten powtarzał się przez wiele tysięcy lat.
" Można to porównać do gejzerów. W czasie gdy reaktor był aktywny woda się
od podstaw w Polsce a oparty na radzieckim
nagrzewała, zmieniała w parę wodną i wydostawała się na zewnątrz złoża uranu.
nagrzewała, zmieniała w parę wodną i wydostawała się na zewnątrz złoża uranu.
Wtedy reakcja łańcuchowa zanikała i reaktor  gasł . Następny cykl rozpoczynał się
pomyśle (reaktor MR w Instytucie Kurczatowa w
gdy znowu zgromadziła się odpowiednia ilość wody.
Moskwie). Dlatego jego nazwa MARIA
nawiÄ…zuje do wybitnej polskiej badaczki i
noblistki- Marii Curie-Skłodowskiej.
" Jest on reaktorem naukowo-badawczym, nie
energetycznym
Rdzeń reaktora składa się z ciśnieniowych
Moc cieplna pojedynczego kanału 1.8 MW
kanałów paliwowych, prętów regulacyjnych i
Moc reaktora wynosi 30 MW
matrycy złożonej z bloków berylowych. Wokół
Pracuje 3300 godzin rocznie
rdzenia umieszczone sÄ… bloki grafitowe
Typ reaktora: basenowy spełniające rolę reflektora. Całość umieszczona
jest w obudowie zwanej koszem. Kosz ten
Strumień neutronów termicznych:
zamocowany jest na specjalnej podstawie
W paliwie 2.5*1014 n/cm2s
umieszczonej na dnie basenu reaktora. Obok
W berylu 4.0*1014 n/cm2s
be y u 0 0 /c s
basenu reaktora znajduje siÄ™ basen
basenu reaktora znajduje siÄ™ basen
Materiałami tworzącymi moderator reaktora są woda przechowawczy (paliwowy) przeznaczony
głównie do okresowego przechowywania
i beryl (służą do spowalniania neutronów)
wypalonego paliwa i różnego rodzaju sond.
Materiałami tworzącymi reflektor są grafit i woda
Pełni on również rolę podwodnej drogi
(służą do odbijania neutronów)
transportowej do komór gorących, a w
szczególności do tzw. komory demontażowej.
Baseny oddzielone są śluzą.
7
SYSTEM CHA
ODZENIA
W przeciwieństwie do reaktorów energetycznych, ciepło wydzielane w
reaktorze MARIA jest problemem, a nie korzyścią
" Pierwotny obieg chłodzenia paliwa:
 Kanały paliwowe- rura Field a. Dzięki koncentrycznemu ułożeniu
woda przepływa między rurami skutecznie je schładzając.
 Ciśnienie przepływającej wody wynosi (zależnie od miejsca
pomiaru): 0.8 ÷ 1.8 Mpa
 Maksymalna temperatura paliwa osiÄ…ga wartość 180 °C
y p p Ä…g
 Przepływ chłodziwa (wody) wynosi:
" przez kanał paliwowy 30 m3/h
" przez obieg 600 ÷ 700 m3/h
" Drugi pierwotny obieg chłodzenia: basen wodny, w którym
zanurzony jest reaktor:
" Ciśnienie atmosferyczne ok. 1000 hPa
" Temperatura:
 na wlocie 50 °C
 na wylocie 60 °C
" Przepływ wody w basenie wynosi 1400 m3/h
Widok na basen przechowawczy. Widać zużyte paliwo i instrumenty pomocnicze
Matryca rdzenia i reflektor-Matryca rdzenia składa się z
bloków berylowych, a reflektor z bloków grafitowych. Jedne i
drugie bloki mają te same wymiary zewnętrzne. Widok z góry
na rdzeń pokazany jest na schemacie na następnym slajdzie.
Bloki grafitowe są ściętymi ostrosłupami o podstawie
kwadratowej z tym, że część z nich ma ścięte naroża. Górny
wymiar bloku (nakładki) wynosi 140 mm, dolny zaś 120 mm.
Wysokość bloków wraz z nakładkami wynosi 1585 mm. Taki
układ stożkowy pozwala na zainstalowanie nad rdzeniem
znacznie większych gabarytowo elementów reaktora (napędy)
i urządzeń doświadczalnych.
Bl ki fit k lk tj Å‚ i t i k
Bloki grafitowe są koszulkowane tj. osłonięte cienką
blachą aluminiową . Ze względu na możliwość pracy bloku w
temperaturze przekraczającej 800oC, grafit został
odpowiednio przygotowany tj. odgazowany w próżni w
temperaturze około 800oC i nasycony azotem. Szczelina
między koszulką, a grafitem jest wypełniona azotem.
Analogiczną geometrię mają bloki berylowe, z tym, że nie są
one koszulkowane. Dzięki takiemu ułożeniu bloków w
reaktorze, że między blokami znajdują się szczeliny ok.
1.5mm, może pomiędzy nimi swobodnie przepływać
chłodziwo.
Reaktor MARIA w czasie pracy
EWA
Pierwszym polskim reaktorem była EWA (nazwa
pochodzi od słów Eksperymentalny, Wodny,
Atomowy). Została ona sprowadzona z ówczesnego
ZwiÄ…zku Radzieckiego i zamontowana w Åšwierku.
Pierwszy raz reaktor został uruchomiony w roku
1958 i początkowo jego moc wynosiła 2 MW.
Stopniowo jednak moc zwiększano aż do 10 MW
Stopniowo jednak moc zwiększano aż do 10 MW.
Reaktor został definitywnie zamknięty w roku 1995,
a jego hala niemal doszczętnie opróżniona ze
sprzętu. Pozostała jednak cała konstrukcja, która w
chwili obecnej jest pusta, a służyć będzie
przechowywaniu odpadów radioaktywnych.
Hala reaktora EWA znajduje się ok. 300 metrów
od hali reaktora MARIA. Reaktor EWA był również
reaktorem naukowo-badawczym.
Wymiana elementu paliwowego
8
Inne polskie reaktory
Oprócz tych dwóch głównych reaktorów
(MARIA i EWA), w międzyczasie działało w
Åšwierku kilka mniejszych: Maryla 1, Maryla 2,
Anna, Hanna, Panna, Agata i inne. Ich moc była
jednak nieporównywalnie mniejsza od dwóch
naj ięks ch sióstr
największych sióstr.
W ostatnim czasie zaczęto głośno mówić o
wybudowaniu w Polsce pierwszej elektrowni
jądrowej. Kilkanaście lat temu planowano
otwarcie takiej w Żarnowcu, ale niestety nie
udało się sfinalizować tego bardzo potrzebnego
przedsięwzięcia&
9