Jaderné reaktory a elektrárny Mgr. Ondřej Jašek, Ph.D., 22.10.2015 Literatura • http://physics.muni.cz/~blazkova/dp/Reaktor1.htm • http://www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/krticka/lectures/aplik.html Doc. Mgr. Milan Krtička, Ph.D. , Ústav částicové a jaderné fyziky, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova • http://katedra-reaktoru.cz/?page_id=392, Fyzika jaderných reaktorů, J. Frýbort, L. Heraltová, Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze, Základních části standardního reaktoru • palivo – dochází v něm ke štěpení a uvolňuje se energie • moderátor – pomocí srážek neutronů s jádry atomů snižuje kinetickou energii neutronů • chladivo – tekutina odvádějící vznikající tepelnou energii ven z reaktoru • stavební materiály – tvoří ochranný obal paliva a moderátoru a dále vnitřní vestavby reaktoru • reflektor – část reaktoru přiléhající k aktivní zóně a sloužící k odrážení co největšího počtu unikajících neutronů zpět do aktivní zóny • regulační a ovládací zařízení – absorpcí neutronů umožňují udržovat výkon reaktoru na žádané hodnotě • ochranný kryt – chrání obsluhu reaktoru před zářením vznikajícím v rektoru Kontejment • primární okruh a další bezpečnostní a pomocná zařízení - jsou uzavřeny v ochranné obálce nazývané kontejment – jsou vybaveny ventilem s radiačními filtry - po havárii lze přetlakovanou páru vypouštět kontrolovaně do ovzduší s tím, že naprostá většina RA látek bude zachycena na filtrech Primární okruh • soubor zařízení, jejichž úkolem je řídit štěpnou řetězovou reakci a odvádět teplo při ní vznikající; hlavní částí primárního okruhu je reaktor Sekundární okruh • soubor zařízení, která přeměňují pohybovou energii páry na energii elektrickou; nejsou zde jaderná zařízení a nevyskytují se zde ani RA látky Chladicí okruh Dieselgenerátorová stanice • Pro případ ztráty hlavního i rezervního elektrického napájení vlastní spotřeby je elektrárna vybavena nouzovými zdroji elektrické energie Jaderné reaktory a elektrárny – Vliv teploty na reaktivitu, materiály jaderných reaktorů Schéma PWR Typické parametry reaktoru VVER-1000: • obohacení U izotopem 235U: 3.1% až 4.4% • rozměry aktivní zóny: 3 m průměr a 3,5 m výška • tlak vody: 15,7 MPa • teplota vody na výstupu reaktoru: 324°C • účinnost elektrárny: 32,7% • množství paliva v reaktoru: 60 až 80 tun UO2 Jaderné reaktory a elektrárny - Materiály jaderných reaktorů Požadavky na materiály v konstrukci a provozu jaderných reaktorů – Odolnost při provozu za vysokých teplot Zachování pevnosti a tvaru Chemická stálost a malá chemická reaktivita Odolnost vůči korozi Dobrá tepelná vodivost S hlediska interakce s neutrony Málo absorbující materiály – málo vhodné klasické nerez oceli díky přítomnosti příměsi absorbující neutrony, nutnost používat super čistý uhlík opět kvůli přítomnosti bóru v klasických uhlíkových materiálech Radiační stabilita materiálů – díky interakci jaderného záření s materiály vznikají krystalografické chyby, které mohou značně ovlivnit materiály – Radiační růst, creep, objemový růst, akumulace skryté energie – Wiegnerův efekt – hromadění defektů v uhlíku - přežíhání Jaderné reaktory a elektrárny - Materiály jaderných reaktorů Příklady typů materiálů používaných v jaderném reaktoru Hliníkové (jen pro nižší teploty pod 200-300 °C ve vodě) a hořčíkové materiály(plynem chlazené reaktory) Zirkonium a jeho slitiny – pokrytí palivové tablety a článků – nízký účinný průřez, pevnost, dobrá odolnost vůči korozi. Použití do 500 °C. Alternativa keramiky na bázi SiC – TRISO tristructural isotropic Austenitické (Austenit je tuhý roztok uhlíku v železe. Je to nemagnetická fáze slitiny uhlík–železo), oceli a slitiny na bázi niklu – HASTELLOY®N – Ni 71, Cr 7, Mo 16, Fe 5 – velmi dobrá odolnost až do 700 °C Palivový článek Palivové proutky naplněné peletami jsou poskládány do palivových článků