Reaktory jądrowe - typy i charakterystyki

(1)

Reaktory jądrowe –

typy i charakterystyki

prof. dr hab. inż. Zdzisław Celiński

Politechnika Warszawska

II Szkoła Energetyki Jądrowej 3 – 5 listopada 2009

(2)

Szczypta historii

Rok 1939 Rok 1939

-- styczeń 1939, Hahn i Strassman – rozszczepienie

-- styczeń 1939, Hahn i Strassman – rozszczepienie -- teoretyczne uzasadnienie: Frisch i Meitner- teoretyczne uzasadnienie: Frisch i Meitner

-- Fermi – koncepcja reakcji łańcuchowej- Fermi – koncepcja reakcji łańcuchowej -- Joliot-Curie – wyzwalanie energii- Joliot-Curie – wyzwalanie energii

Wojna – utajnienie badań Wojna – utajnienie badań

-- grudzień 1942 – Fermi

-- grudzień 1942 – Fermi, , Uni Chicago, „stos” atomowyUni Chicago, „stos” atomowy -- list do Roosevelta (Einstein, Szilard, Wigner, Sachs)

-- list do Roosevelta (Einstein, Szilard, Wigner, Sachs)

-- „Projekt Manhattan” (2 mld dol.)

-- Oak Ridge (Tennessee) – zakłady wzbogacania

-- Hanford (Washington) 1944 – reaktory wytwórcze (pluton)

-- !945 Hiroszima i Nagasaki

Okres powojenny Okres powojenny

-- 1955 „Nautilius” Rickover (Westinghouse)

-- napędy samolotow (?), Shippingport

-- reaktory doświadczalne:

- 1951 USA, prędki EBR-1, 200 kW

- 1954 ZSSR, Obnińsk, 5 MW (”pierwsza w świecie”)

Reaktory energetyczne Reaktory energetyczne

-- 1956 Calder Hall, W.Brytania, Magnox 60 MW

-- 1957 Shippingport, USA, PWR 60 MW -- 1957 Shippingport, USA, PWR 60 MW -- 1958 Marcoule, Francja, GCR 40 MW -- 1958 Marcoule, Francja, GCR 40 MW -- 1958 Troicka, ZSSR, RBMK 100 MW -- 1958 Troicka, ZSSR, RBMK 100 MW -- 1960 Morris, USA, BWR 200 MW -- 1960 Morris, USA, BWR 200 MW

(3)

1. Klasyfikacja reaktorów jądrowych

Kryteria: Kryteria: 1.1. - przeznaczenie 1.1. - przeznaczenie 1.2. – energia neutronów 1.2. – energia neutronów

1.3. – rodzaj i charakterystyka paliwa

1.4. – konstrukcja reaktora

1.5. – rodzaj moderatora i chłodziwa

1.6. – system odprowadzania ciepła

(4)

1.1.

1.1. Przeznaczenie

Przeznaczenie

Reaktory: Reaktory: - energetyczneenergetyczne - ciepłowniczeciepłownicze - wysokotemperaturowewysokotemperaturowe - badawczebadawcze - napędowenapędowe - wytwórczewytwórcze - szkolenioweszkoleniowe - specjalnespecjalne

(5)

1.2. Energia neutronów

-

neutrony termiczne (do 0,1 eV)

-

neutrony prędkie (powyżej 1 MeV)

(6)

1.3. Rodzaj i charakterystyka paliwa

- Paliwo uranowe

- Uran metaliczny

- Tlenek uranu (UO

- Tlenek uranu (UO2₂))

- Uran naturalny - Uran naturalny - Uran niskowzbogacony - Uran niskowzbogacony - Uran średniowzbogacony - Uran średniowzbogacony - Uran wysokowzbogacony - Uran wysokowzbogacony

- Węglik uranu (UC)

- Paliwo plutonowe - Paliwo plutonowe - Paliwo MOX - Paliwo MOX - Paliwo torowe - Paliwo torowe

(7)

Paliwo jądrowe

uran, tor, pluton

Izotopy rozszczepialne

U-233, U-235, Pu-239, Pu-241

Izotopy paliworodne

U-238 ---→ Pu-239 Th-232 ---→ U-233 Pu-240 ---→ Pu-241

Pluton w paliwie wypalonym (33000

MW.d/tU) MW.d/tU) Pu-239 ok. 57% Pu-239 ok. 57% Pu-241 ok. 13% Pu-241 ok. 13% Pu-240 ok. 23% Pu-240 ok. 23% Pu-242 ok. 5% Pu-242 ok. 5%

(8)

1.4. Konstrukcja reaktora

-

zbiornikowe

- układ basenowyukład basenowy - układ pętlowyukład pętlowy

(9)

Reaktory kanałowe (a) i zbiornikowe (b)

1. rdzeń reaktora, 2. zespół paliwowy, 3. moderator, 4.

ciśnieniowe kanały paliwowe, 5. kolektory wodne, 6.

ciśnieniowy zbiornik reaktora

(10)

(11)

1.5. Rodzaj moderatora i chłodziwa

Chłodziwo: Chłodziwo: - woda - woda - ciężka woda - ciężka woda - gaz (CO - gaz (CO2₂)) - hel - hel - sód - sód Moderator: Moderator: - woda - woda - ciężka woda - ciężka woda - grafit - grafit

(12)

1.6. System odprowadzania ciepła

-

jedno-obiegowy

-

dwu-obiegowy

-

trzy-obiegowy

(13)

Systemy pracy reaktorów energetycznych

a – dwu-obiegowy (PWR); b – jedno-obiegowy (BWR); c –

trzy-obiegowy (FBR)

(14)

Trzy grupy reaktorów:

I – reaktory zawodowe („komercjalne”)

PWR (WWER); BWR; HWR

(CANDU); RBMK; GCR; AGR

II – reaktory „rozwojowe”

FBR; HTR

III – reaktory „zaniechane”

OMR; MSBR; LWRB; GCFR;

HWGCR; SGHWR i inn.

(15)

(16)

(17)

(18)

BWR

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)