Promieniowanie neutronowe - to strumień neutronów o dużej przenikliwości, powstaje podczas wybuchu jądrowego, emitowane są wtedy dwa rodzaje:
- natychmiastowe ( emitowane w czasie ok. 10 μs, źródło reakcje rozcz. jader pierw, ciężkich i reakcje syntezy
- opóźnione - (emit. przez pierwsze 10 sek., źródłem są prod. rozszcz.)
Prawo rozpadu promieniotwórczego - liczba jąder izotopu promieniotwórczego, ulegających rozpadowi w jednostce czasu, jest proporcjonalna do całkowitej liczby promieniujących atomów
Współczynnik proporcjonalności (stała rozpadu λ) - wartość charakterystyczna dla danego izotopu promieniotwórczego niezależna od liczby atomów, ani właść. fiz i chem próbki
Aktywność próbki, A - liczba przemian jądrowych zachodzących w jednostce czasu (szybkość rozpadu
promieniotwórczego)
Z upływem czasu zmienia się ilość rozpadów (zmniejsza się zgodnie z prawem rozpadu): A=A0*e^-λt
Okres półrozpadu - czas po upływie którego aktywność próbki maleje do połowy swojej pierwotnej wartości
Natężenie promieniowania -aktywność promieniowania, określona też jako gęstość strumienia
Dawka ekspozycyjna - ładunek który został wytworzony przez promieniowanie jonizujące w jednostce masy danego ciała ( 1C/kg )
Moc dawki promieniowania - stosunek wartości dawki ekspozycyjnej do czasu w jakim została otrzymana
Dawka równoważna - stosowana do określania biologicznych skutków napromieniowania
Reakcja jądrowa - proces w którym zachodzą zmiany właściwości jądra spowodowane: samorzutnym rozpadem promieniotwórczym lub bombardowaniem jądra cząstkami o dużej energii albo fotonami
Rozszczepieni jądra następuje w skutek absorbcji neutronu przez ciężkie jądro, które rozpada się na dwa jądra, zwane fragmentami rozszczepienia, z równoczesną emisją neutronów i fotonów. Reakcji tej towarzyszy wydzielanie się dużej ilości ciepła.
Przekrój czynny, σ - podstawowa wielkość fizyczna, wykorzystywana przy obliczaniu zjawisk zachodzących w rdzeniu reaktora. Określa prawdopodobieństwo zajścia reakcji określonego rodzaju (materiał, który ma duży przekrój czynny na rozszczepienie ma duze prawdopodobieństwo rozszczepieni; moderator powinien mieć duży przekrój czynny na rozpraszanie, mały na pochłanianie)
Podział neutronów wzg.. na skuteczność działania:
-prędkie - prędkość 10000km/s, en. kin >0,5MeV
- pośrednie (epitermiczne) - en. kin 0,1 - 0,5 MeV
- powolne (termiczne) - pręd ok. 2,2 km/s, e. kin 0,025eV
Izotopy rozszczepialne - takie, które mogą być rozszczepialne przez neutrony o niskich wartościach energii (termiczne)
Izotopy paliworodne - z nich otrzymuje się izotopy rozszczepialne w wyniku bombardowania ich neutronami
Neutrony emitowane w procesie rozszczepienia:
- neutrony natychmiastowe - emitowane w ciągu krótkiego czasu trwania procesu rozszczepienia, 99% - cał liczby neutra rozszczepionych
- n. opóźnione - emitowane w dłuższym okresie czasu (od kilku min po rozszcz. w wyniku rozp. prom. frag. rozszcz. Mniej niż 1%
Reakcja łańcuchowa - proces rozpadu jądra przebiegający samorzutnie, zachodzi gdy wyemitowane neutrony rozszczepieniowe wywołują dalsze rozszczepienia
Warunek samopodtrzymania reakcji - w reakcji rozszczepienia musi być wytworzony co najmniej 1 neutron zdolny wywołać następne rozszczepienie
Warunek lawinowego rozwijania się reakcji - gdy w każdej reakcji rozszczepienia będzie powstawał średnio więcej niż 1 neutron zdolny wywołać następne rozszczepienia
Warunek wygaśnięcia reakcji - gdy z każdej reakcji rozszczepienia będzie powstawał średnio mniej niż jeden neutron zdolny wywołać następne rozszczepienie
Masa krytyczna mat. rozszczepialnego - min. masa dla której reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde rozszczepienie inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie (masa mniejsza od krytycznej - zanikanie reakcji, masa większa - reakcja przebiega lawinowo), zależy od:
-geometrycznych wymiarów materiału
-rodzaju izotopu rozszczepialnego
-zanieczyszczen i domieszek w mat rozszcz
Neutrony rozszczepialne z powodu swej zbyt dużej średniej wart en. ~2MeV, nie może uczestniczyć w dalszych procesach rozszczepienia. Najbardziej skuteczne rozszczepienia jądra określa przekrój czynny na rozszczepienie, który dla U-235 jest największy dla elektronów powolnych, dlatego należy obniżyć energię neutronów poprzez moderację. Jednak podczas moderacji neutronów rozszczepieniowych przechodza one przez zakres średnich energii (rezonansowy), gdzie jest duże prawdopodobieństwo na pochłonięcię ich przez jadra U-238, co może spowodować, że ilość neutronów będzie niewystarczajaca do podtrzymania reakcji. Można to zmniejszyć m.in. zwiększając zawartość U-235, zmniejszając zawa U-238.
Moderator - materiał stosowany w reaktorach jądrowych. Służy do spowalniania neutronów prędkich, które natrafiając na lekkie jądra moderatora wytracaja energię kinetyczna, stajac się neutronami powolnymi (grafit, woda, beryl, ciężka woda)
Właściwości:
- lekkie jądra - duża strata energii neutronu podczas zderzenia
- duży przekrój czynny na rozpraszanie sprężyste
- mały przekrój czynny na pochłanianie
Zdolność moderacji - skuteczność zmniejszenia energii neutronów przez dany materiał
Stosunek moderacji - wskaźnik, który służy do ostatecznej kwalifikacji materiałów na moderatory
Reflektor - warstwa materiału otaczająca rdzeń reaktora, która „odbija” uciekające neutrony z powrotem do rdzenia, musi mieć duży przekrój czynny na rozpraszanie sprężyste a mały na pochłanianie. Korzyści stosowania: -zmniejszona ucieczka neutronów z obszaru reakcji (rdzenia)
- układ paliwo-moderator staje się krytyczny przy mniejszych wymianach i mniejszej ilości materiału paliwowego
Przyczyny strat neutronów rozszczepialnych:
- ucieczka na zewnątrz reaktora
- absorpcja przez moderator, chłodziwo, materiały konstrukcyjne
- reakcje absorpcji rezonansowej, które nie prowadzą do rozszczepienia
Efektywny współczynnik mnożenia neutronów kef - decyduje o możliwościach powstania reakcji łańcuchowej, określa stosunek liczby neutronów wywołujących rozszczepienie w jednym pokoleniu do liczby tych neutronów w poprzednim pokoleniu
Stan krytyczny reaktora - kef =1, stan w którym liczba rozszczepien jest taka sama w każdym pokoleniu
Stan nadkrytyczny kef > 1, stan w którym liczba rozszczepień jest kolejnym pokoleniu jest większa niż w poprzednim, reakcja łańcuchowa narastająca
Stan podkrytyczny kef < 1, stan w którym w każdej kolejnej reakcji liczba rozszczepień jest mniejsza, niż w poprzedniej, reakcja łańcuchowa zanikająca
Moc reaktora - jest wprost proporcjonalna do liczby rozszczepień w jednostce objętości i czasu
Istota regulacji mocy reaktora - polega na zmianie wartości efektywnego współczynnika mnożenia
Pręty regulacyjne - służą do silnego pochłaniania neutronów, wykonane z:
- stali borowej
- węglika boru
- metalicznego kadmu
Bor i kadm maja bardzo duży przekrój czynny na pochłanianie
Reaktywność reaktora : 
,
gdy q = 0 - stały poziom mocy, q>0 - moc reaktora rosnie, q<0 moc reaktora maleje
Przyczyny zmniejszenia się reaktywności:
a) Zużycie się paliwa
b) Zatrucie reaktora:
- Powstają produkty rozszczepieniowe, które pochłaniają neutrony
- Uszkodzenie radiacyjne materiału paliworodnego
- Reakcje wychwytu radiacyjnego
Zapas reaktywności reaktora - większa od masy krytycznej ilość paliwa w rdzeniu, pozwala na:
- wprowadzenie reaktora w stan nadkrytyczny
- długotrwałą pracę rektora bez potrzeby wymiany paliwa
Okres reaktora - określa prędkość przebiegu procesów przejściowych. Czas mierzony w sekundach w których strumień neutronów zmienia się e razy: (l-sredni czas zycia neutronów)
Temperaturowy współczynnik reaktywności αT - określa wpływ temperatury na reaktywność reaktora (zmiana reaktywności przy zmianie temp o 1C)
αT <0 wzrost temp, spadek reaktywności (reaktor jest stabilny)
αT >0 wzrost temp, wzrost reaktywności (reaktor jest niestabilny, wzrot temp, prowadzi do nieograniczonego wzrostu mocy)
O wartości αT decyduje zależność:
- reaktywności od temp (ciśn) moderatora - zmiana przekroju czynnego i gęstości moderatora
- reaktywność od temp paliwa
Zatrucie reaktora - proces polegający na powstawaniu i gromadzeniu się w reaktorze izotopów, które silnie pochłaniają neutrony (co obniża kef i powoduje, że reaktor staje się podkrytyczny). Xe -135 - najpowszechniejszy izotop zatruwający reaktor, bezp prod rozszcz jądra uranu, toru, plutonu
Reaktor jądrowy - urządzenie techniczne, w którym zachodzi kontrolowane wyzwalanie energii w wyniku samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - wzg. na przeznaczenie:
1) energetyczne- w elektrowniach zawodowych
2) badawcze
3) szkoleniowe
4) powielające (IV gen. konwersja U-238 w pluton, który ulega rozszczepieniu)
5) napędowe ( łodzie podwodne, lotniskowce)
6) ciepłownicze
7) wysokotemperaturowe
8) specjalne
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - zwzg. na energię wykorz neutronów:
- termiczne - neutrony powolne o energiach do 0,1 eV
- prędkie - duża prędkość i energia neutronów: 1MeV
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - zwzg. na właściwości paliwa:
1) rodzaj paliwa
2) stopień wzbogacenia
3) postać chemiczna paliwa
4) konstrukcje elementów paliwowych
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - zwzg. na rodzaj paliwa:
I) U-235, U-238 - paliwa reaktorów termicznych
II) Pu-239 - paliwo reaktorów prędkich
III) MOX - paliwo mieszane (UO2+PuO2) w reakt termicznych
IV) Th-232 (Tor)
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - zwzg. na stopień wzbogacenia:
a) Uran naturalny - reaktory gazowe i ciężkowodne
b) Uran niskowzbogacony (2-5% U-235) - wszy energ reaktory lekkowodne, niektóre gazowe
c) Uran średniowzbogacony - większość reaktorów badawczych
d) Uran wysokowzbogacony (ponad 90% U-235) - reaktory wysokotemp. niektóre reaktory badawcze
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - zwzg. napostać chemiczną paliwa:
1* uran metaliczny - niskotemperaturowe reaktory gazowe i badawcze
2* dwutlenek uranu UO2 - wszyst. ener. reakt. wodne
3* weglik uranu UC - niektóre reaktory wysokotemp
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - zwzg. konstrukcję elementów paliwowych :
$1 prety, patylki, rurki, płytki, kule
$2 paliwo jest szczelnie zamknięte w tzw. koszulkach, wykonanych z:
- Stopów cyrkonu (Zircaloy) - energetyczne reaktory wodne
- Stali nierdzewnej - reaktory prędkie
- Stopów magnezu - niektóre reaktory gazowe
- Stopów aluminium - reaktory badawcze
- Powłok pirowęglowych - niektóre reaktory wysokotemperaturowe
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - zwzg. na konstrukcję [WAŻNE]:
> zbiornikowe - PWR, BWR, WWER
> kanałowe - CANDU, RBMK
Klasyfikacja reaktorów jądrowych - zwzg. na eksploatacje (sposów wymiany paliwa):
1) Reaktory ciągłe - reaktory gazowe, wysokotemperaturowe, kanałowe
2) Reaktory okresowe - reaktory zbiornikowe
Klasyfikacja reaktorów ze względu na rodzaj moderatora i chłodziwa:
a) Stosowane moderatory: ciężka woda, lekka woda, grafit, beryl
b) Stosowane chłodziwa: ciężka woda, lekka woda, dwutlenek węgla, hel, gazy dysocjujące, ciekły sód, substancje organiczne, itp.
Klasyfikacja reaktorów ze względu na sposób odprowadzenia ciepła:
- jednoobiegowe - BWR
- dwubiegowe - PWR, WWER
- trzybiegowe - reaktory prędkie, chłodzone sodem
Reaktor PWR - ciśnieniowy reaktor wodny, w którym ciepło odprowadza się do wytwornicy pary, za pomocą wody pod wysokim ciśnieniem żeby uniknąć jej odparowania, Reaktor dwubiegowy: obieg pierwotny (reaktor z rdzeniem otoczonym wodą, pompa cyrkulacyjna, wytwornica pary, stabilizator ciśnienia), obieg wtórny (turbina wraz z instalacją odgazowania i regeneracji wody, skraplacz, wytwornica pary, pompa wody zasilającej). Chłodzony lekka wodą. Obieg pierotny podzielony jest na kila równoległych petli (2-6) w celu:
-ograniczenia mocy pomp cyrkulacyjnych
- ograniczenia mocy i wielkości wytwornic pary
- dla zapewnienia odpowiedniego bezpieczeństwa
Parametry pracy reaktora PWR: obieg pier: temp 300-350C, ciśn. 15-16MPa, obieg wtórny: ok. 270C, ciśn. 6-7MPa
Zbiornik reaktora - główny element reaktora w którym umieszczony jest rdzeń.
-musi spełniać bardzo ostre wymagania wytrzymałościowe
- wykonany technologią odkuwania pierścieni i łączenia ich spawami obwodowymi
Rdzeń reaktora - główna część konstrukcyjna reaktora w której zachodzą przemiany jądrowe
Sposoby zmiany mocy elektrowni:
1) turbina prowadzi reaktor - najczęściej stosowane
2) reaktor prowadzi turbinę - sytuacje awaryjne
Reaktor WWER - radziecki odpowiednik PWR, różni się tylko szczegółami techniczno - konstrukcyjnymi (pozioma wytwornica pary-masywniejsza, mniej zawodna, zestawy paliwowe o przekroju sześciokątnym)
-odmiana WWER 440 - 6 pętli, 2 turbiny po 220MW
- odmiana WWER 100 - 4 pętle, 2 turbiny po 500MW
Reaktor BWR
1) wrzący reaktor wodny, w którym woda stosowana jest nie tylko jako moderator, ale i czynnik roboczy w obiegu wodno-parowym.
2) jednobiegowy
3) wytworzona w reaktorze para jest bezpośrednio kierowana na turbinę
4) pręty kontrolne wprowadzane od dołu
5) ścianki zbiornika reaktora są cieńsze (mniejsze ciśnienie robocze)
6) moduł paliwowy: 4 zestawy paliwowe i 1 krzyżowy pręt regulacyjny
7) brak zastosowania kwasu borowego, nadwyżkę reaktywności reguluje się poprzez pręty kontrolne i wprowadzanie trucizn w kasetach paliwowych
Obrona w głąb - stosowanie wilu barier (zapór dla promieniowania: koszulka, obieg pierwotny, obudowa bezpieczeństwa)
Reaktor CANDU :
- reaktor kanałowy, ciśnieniowy, ciężkowodny (woda pełni te same funkcje co w pwr)
- dwubiegowy
- termiczny
- ciepło doprowadzane do wytwornicy za pomocą ciężkiej wody pod wysokim cisnieniem
- paliwo naturalne, Tot, MOX
- możliwość wymiany paliwa w czasie pracy
Zalety ciężkiej wody:
a) bardzo mały przekrój na pochłanianie neutronów
b) możliwość uzycia naturalnego paliwa uranowego, bez konieczności wzbogacania go
Reaktor II generacji - Candu 6 i 9 (tylko ciężka woda)
Reaktory III generacji - reaktor ACR, lekka i ciężka woda
Srednie wypalenia paliwa - określa jaką ilość energii możemy uzyskać z określonej ilości paliwa w określonym czasie
Kasety (zestaw paliwowy) - element w którym zgrupowane są pręty paliwowe oraz pręty regulacyjne
Pręt paliwowy - rura o cienkich ściankach (koszulka), wykonana z materiału, który słabo pochłania neutrony (najczęściej cyrkonu), wypełniona jest pastylkami paliwowymi
Pastylka paliwowa - otrzymywane w wyniku prasowania proszku UO2 (o wzbogaceniu 2-4%) i spiekana
Funkcje układu oczyszczania i kompensacji chłodziwa:
- oczyszczanie wody chłodzącej reaktor
- usuwanie i doprowadzenie związków boru do obiegu chłodzenia reaktora
- utrzymywanie poziomu wody w stabilizatorze na odpowiednim poziomie
Wytwornica pary - powierzchniowy wymienni ciepła służący do wytwarzania pary wody w obiegu wtórnym reaktora
Skraplacz - powierzchniowy wymiennik ciepła służący do skondensowania pary w wodę
Pompa cyrkulacyjna (recyrkulacyjna) - pompa obiegu powrotnego, której wymusza przepływ chłodziwa w celu odebrania ciepła z rdzenia, które powstało na skutek rozszczepienia
Pompa wody zasilającej - pompa obiegu wtórnego, doprowadza wodę do wytwornicy pary
Układy pomocnicze pry wyłączeniu reaktora (odbierające ciepło powyłączeniowe):
-I układ obioru ciepła powyłączeniowego z obiegu reaktora
-II układ odbioru ciepła powyłączeniowego z obiegu reaktora
- układ pomocniczy wody zasilającej
- układ zrzutu pary
Wyszukiwarka