Reaktor jądrowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Reaktor atomowy)
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Rdzeń reaktora jądrowego
Reaktor badawczy PULSAR, o mocy 1MW

Reaktor jądrowy – urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcje jądrowe; na obecnym etapie rozwoju nauki i techniki są to przede wszystkim reakcje rozszczepienia jąder atomowych. Reakcje te mają charakter łańcuchowy – produkty reakcji (w tym głównie neutrony) mogą zainicjować kilka następnych. Aby uniknąć lawinowego wzrostu szybkości reakcji, reaktor dzieli się na strefy wypełnione na przemian paliwem, chłodziwem oraz moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony. Szybkość reakcji kontrolowana jest m.in. przez zmianę wzajemnego położenia lub proporcji tych składników, a także przez wprowadzanie dodatkowych substancji pochłaniających lub spowalniających neutrony, zawartych w tzw. prętach regulacyjnych (służących do normalnej regulacji parametrów reakcji) oraz prętach bezpieczeństwa (stosowanych do awaryjnego wyłączania reaktora). Substancjami używanymi do pochłaniania neutronów termicznych są m.in. bor i kadm, natomiast jako moderatorów używa się m.in. berylu, grafitu, a także wody, pełniącej równocześnie funkcję chłodziwa.

Wzór sześcioczynnikowy – stosowany w fizyce reaktorów jądrowych wzór umożliwiający określenie szybkości przebiegu reakcji jądrowej. Wzór umożliwia obliczenie efektywnego współczynnika mnożenia neutronów, który jest definiowany jako stosunek ilości neutronów jakie będą w kolejnym pokoleniu do ilości neutronów w bieżącym pokoleniu. W regule sześcioczynnikowej przedstawiany jest w następującej postaci: Okrętowy napęd jądrowy – układ, w skład którego wchodzi między innymi silnik zasilany przez reaktor jądrowy. Najczęściej w ramach tego układu reaktor (lub reaktory) wytwarza parę, która z kolei napędza turbiny. Poprzez system przekładni turbina napędza wał.

Pierwszy reaktor (uranowo-grafitowy), Chicago Pile no. 1 („Stos chicagowski nr 1”, CP-1) zbudowany został na Uniwersytecie w Chicago pod kierunkiem włoskiego uczonego Enrico Fermiego. Pierwsza kontrolowana reakcja łańcuchowa została w nim zapoczątkowana 2 grudnia 1942.

Urządzenia wykorzystujące energię jądrową[ | edytuj kod]

Ze względu na przeprowadzaną reakcję przemiany jądrowej urządzenia do wytwarzania energii w kontrolowanej ilości dzieli się na:

Beryl (Be, łac. beryllium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 4, metal należący do drugiej grupy głównej układu okresowego. Jedynym stabilnym izotopem jest Be. Został odkryty przez Louisa Vauquelina w 1798 r.Substancja – materia składająca się z obiektów (cząstek, atomów) posiadających masę spoczynkową. Substancją nie jest zatem np. fala lub pole fizyczne (grawitacyjne, elektryczne).
  • 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 przeprowadzić kontrolowanej syntezy z dodatnim bilansem energetycznym. Jednakże fuzory Farnswortha–Hirscha są używane do wytwarzania promieniowania neutronowego.
  • Rozpad promieniotwórczy – na przykład radioizotopowe generatory termoelektryczne oraz baterie jądrowe
  • Podział reaktorów rozszczepiających jądra atomowe[ | edytuj kod]

    Podział ze względu na reakcję jądrową[ | edytuj kod]

    Ze względu na energię neutronów wywołujących reakcję jądrową reaktory rozszczepiające wyróżnia się:

    Pręt kontrolny − jeden z elementów rdzenia reaktora jądrowego służący do kontroli tempa zachodzenia łańcuchowej reakcji rozszczepienia. Zbudowany jest z materiałów, które pochłaniają neutrony nie ulegając przy tym rozszczepieniu. Budowa i skład chemiczny prętów jest dobierany pod kątem zakresu energii neutronów powstających w reaktorze, z uwagi na różne przekroje czynne pochłaniania neutronów o różnych energiach.Reaktor ciężkowodny (ang. heavy water reactor) - rodzaj reaktora jądrowego, w którym rolę moderatora i chłodziwa pełni woda ciężka. Najpopularniejszą na świecie tego typu konstrukcją jest reaktor CANDU opracowany w Kanadzie.
  • Reaktory termiczne (reaktory na neutronach termicznych) – w reaktorach tych rozszczepienie jest wywoływane głównie przez neutrony o niewielkiej energii, zwane neutronami termicznymi. Większość obecnie funkcjonujących reaktorów jest reaktorami tego typu. Neutrony powstające w wyniku rozszczepienia jąder mają dużą energię kinetyczną (2–5 MeV) i w reaktorach tego typu są spowalniane do energii kinetycznej ruchu cieplnego (mniej niż 0,1 eV). Reaktory termiczne klasyfikuje się ze względu na główny czynnik spowalniający neutrony na:
  • moderowane grafitem,
  • moderowane i chłodzone ciężką wodą,
  • moderowane i chłodzone wodą (lekkowodne),
  • moderowane i chłodzone stopionymi solami,
  • moderowane i chłodzone stopionymi metalami.
  • Reaktory epitermiczne – neutrony są spowalniane tylko częściowo.
  • Reaktory prędkie (reaktory na prędkich neutronach) – wykorzystują neutrony prędkie, o energii takiej jaką mają po rozszczepieniu. Reaktory te nie mają moderatora spowalniającego neutrony, ale wymagają paliwa o większym wzbogaceniu (co najmniej 20% 235U). Mogą jednak lepiej wykorzystać paliwo i wytwarzać izotopy łatwo rozszczepialne.
  • Podział według konstrukcji[ | edytuj kod]

    Według konstrukcji układu chłodzenia reaktory jądrowe dzieli się na:

    Nukleony – wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu. Nukleony składają się z kwarków. Choć przez obecne teorie cząstek protony i neutrony nie są uznawane za cząstki elementarne, ale z historycznych względów zalicza się je do cząstek elementarnych.Tor (Th, łac. thorium) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Nazwa pochodzi od imienia jednego z bogów nordyckich, Thora.
  • Zbiornikowe (basenowe) w których pręty paliwowe zanurzone są w basenie z płynem chłodzącym, którym jest zazwyczaj woda, pełniąca także rolę moderatora. Warstwa wody nad rdzeniem ma wystarczającą grubość, by ekranować promieniowanie, umożliwiając personelowi reaktora bezpieczną pracę ponad basenem.
  • Kanałowe, w których chłodziwo jest w kanałach (rurach) i tylko w nich panuje wysokie ciśnienie. Rdzeń reaktora nie jest otoczony zbiornikiem ciśnieniowym. Konstrukcja ta jest rzadziej stosowana, tej konstrukcji są reaktory typu CANDU i RBMK.
  • Podział według chłodziwa[ | edytuj kod]

  • reaktory wodne, ciśnieniowe (tzw. PWR i WWER), w których chłodziwem i moderatorem jest zwykła woda pod ciśnieniem (na tyle wysokim by woda nie zaczęła wrzeć 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 kanałowe wielkiej mocy (RBMK) (tego typu reaktory były między innymi w Czarnobylu oraz w innych elektrowniach na terenie byłego ZSRR), chłodzone są wodą wrzącą w kanałach paliwowych, a moderowane grafitem.
  • reaktory ciężkowodne (PHWR np. Reaktor jądrowy ciężkowodny (CANDU)), chłodziwem i moderatorem jest ciężka woda,
  • reaktory gazowe (GCR, AGR, HTGR), w których chłodziwem jest gaz (dwutlenek węgla lub hel), a moderatorem grafit,
  • chłodzone stopionym metalem, zazwyczaj są to reaktory prędkie w tym i powielające (LMFR). Chłodziwem są najczęściej stopione metale: sód, rzadziej ołów.
  • reaktory solne (MSR), gdzie chłodziwem są stopione sole, najczęściej fluoru.
  • Podstawowe typy reaktorów energetycznych

    Реактор Большой Мощности Канальный (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj, Reaktor Kanałowy Wielkiej Mocy) - lekkowodny, wrzący reaktor atomowy z moderatorem grafitowym. Pierwszy reaktor tego typu uruchomiono w Leningradzkiej Elektrowni Jądrowej.Wzór czteroczynnikowy – wzór stosowany w fizyce reaktorów jądrowych, w celu określenia szybkości zajścia łańcuchowej reakcji rozszczepienia w odniesieniu do podstawowych procesów jądrowych zachodzących w danej konstrukcji. W formule czterowczynnikowej nie uwzględnia się wycieku neutronów poza reaktor, oznacza to obliczenie współczynnika mnożenia neutronów, tak jakby reaktor był nieskończenie wielki, dlatego tak uzyskany współczynnik mnożenia neutronów nazywany jest nieskończonym współczynnikiem mnożenia neutronów. Znajomość tego wskaźnika jest niezbędna do określenia zasadności konstruowania rdzenia reaktora jądrowego o takiej konstrukcji.

    Podział według generacji[ | edytuj kod]

    Ze względu na rozwój techniczny reaktorów wyróżnia się generacje reaktorów:

  • Pierwsza generacja – reaktory prototypowe i doświadczalne reaktory różnej konstrukcji energia przez nie wytwarzana nie jest wykorzystywana w celach komercyjnych lub wykorzystywane w niewielkim stopniu. Konstruowane głównie w latach 1942–1954.
  • Druga generacja – reaktory wykorzystywane do celów komercyjnych, skonstruowane przed katastrofą elektrowni jądrowej w Czarnobylu (1986 rok), większość współcześnie funkcjonujących reaktorów komercyjnych.
  • Trzecia generacja – ulepszone reaktory II generacji. W latach 80. XX w. spadek cen prądu elektrycznego, niższe koszty produkcji energii ze źródeł konwencjonalnych oraz mniejsze zaangażowanie państw w dotacje do energetyki atomowej wymusiło zmiany mające na celu poprawę efektywności elektrowni jądrowych. Katastrofa w Czarnobylu wymusiła zwiększenie zabezpieczeń przed skażeniem.
  • Czwarta generacja – najnowsze, w fazie projektów, gdzie kładziony jest nacisk na zmniejszenie oddziaływania na środowisko, zwiększenie bezpieczeństwa i niezawodności, a także ograniczenie możliwości wykorzystania materiałów i urządzeń do produkcji broni jądrowej. Konieczność ograniczenia spalania paliw kopalnych wymusza szukanie nowych bezpiecznych, wydajnych i tanich źródeł energii w tym energii jądrowej. Nowe konstrukcje reaktorów energetycznych, muszą spełniać surowe wymagania dotyczące bezpieczeństwa, zużycia paliwa jądrowego, wytwarzania i gospodarowania odpadami promieniotwórczymi. Wymusza to szukanie nowych konstrukcji nad którymi prowadzone są prace badawczo rozwojowe.
  • Podział według przeznaczenia[ | edytuj kod]

  • energetyczne
  • napędowe (głównie okrętów podwodnych i innych dużych okrętów)
  • militarne (wytwarzające materiał rozszczepialny do broni jądrowej)
  • badawcze
  • Podział ten nie jest ostry, gdyż np. ten sam reaktor może służyć zarówno celom militarnym, jak i energetycznym. Z kolei reaktory badawcze często wykorzystywane są do wytwarzania radioizotopów o zastosowaniach komercyjnych.

    Rozpad beta – jeden ze sposobów rozpadu jądra atomowego. Jest to przemiana jądrowa, której skutkiem jest przemiana nukleonu w inny nukleon, zachodząca pod wpływem oddziaływania słabego. Wyróżnia się dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad β i rozpad β. W wyniku tego rozpadu zawsze wydzielana jest energia, którą unoszą produkty rozpadu. Część energii rozpadu może pozostać zmagazynowana w jądrze w postaci energii jego wzbudzenia, dlatego rozpadowi beta towarzyszy często emisja promieniowania gamma.Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 1, niemetal z bloku s układu okresowego. Jego izotop, prot, jest najprostszym możliwym atomem, zbudowanym z jednego protonu i jednego elektronu.


    Podstrony: 1 [2] [3] [4] [5]




    Warto wiedzieć że... beta

    Aktywacja — proces przemiany trwałego jądra atomowego w jądro nietrwałe w wyniku pochłonięcia przez nie cząstki elementarnej. Aktywacje uzyskuje się poprzez bombardowanie substancji aktywowanej wiązkami cząstek o odpowiedniej energii. Aktywacja może zachodzić również naturalnie, czego przykładem jest powstawanie C.
    Reaktor „Agata” – polski reaktor jądrowy o konstrukcji basenowej, chłodzony wodą, moderowany wodą i berylem, z reflektorem grafitowym. Został uruchomiony w 1973 r. w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku. Posiadał moc cieplną 10 W, wobec czego nazywany był reaktorem mocy zerowej lub zestawem krytycznym, gdyż nie potrzebował czynnego odprowadzania ciepła. Reaktor Agata był pilotem nowo budowanego reaktora Maria, miał podobną do niego budowę i służył początkowo do testowania paliwa Marii. W późniejszym okresie służył jako reaktor szkolno-treningowy dla przyszłych operatorów reaktora Maria. Został wyłączony z eksploatacji w latach 80. XX w.
    Gaz cieplarniany (szklarniowy, z ang. GHG – greenhouse gas) – gazowy składnik atmosfery będący przyczyną efektu cieplarnianego. Gazy cieplarniane zapobiegają wydostawaniu się promieniowania podczerwonego z Ziemi, pochłaniając je i oddając do atmosfery, w wyniku czego następuje zwiększenie temperatury powierzchni Ziemi. W atmosferze występują zarówno w wyniku naturalnych procesów, jak i na skutek działalności człowieka.
    Kartoszyno (kaszb. Kôrtoszëno, niem. Kartoschin) - stara kaszubska miejscowość w gminie Krokowa (powiat pucki, województwo pomorskie). Położona nad Jeziorem Żarnowieckim i rzeką Piaśnicą.
    Reaktor jądrowy III generacji - unowocześniony typ reaktora jądrowego II generacji, zawierający ulepszenia konstrukcyjne opracowane podczas trwania projektów reaktorów II generacji. Dzięki ulepszeń nowe reaktory będą mogły pracować od 60 do nawet 120 lat (w porównaniu do granicy 40 lat z możliwością przedłużenia do ponad 80 lat dla II generacji).
    Bateria jądrowa – przyrząd zmieniający energię powstającą podczas rozpadu promieniotwórczego w energię elektryczną.
    Aktywność nasycenia – osiągana poprzez ciągłe napromieniowywanie substancji (aktywację) stała w czasie aktywność. Przyrost i ubytek jąder promieniotwórczych w stanie aktywności nasycenia są sobie równe:

    Reklama