Reaktor jądrowy

Jest to urządzenie, w którym przeprowadza się z
kontrolowaną szybkością reakcję rozszczepienia
jąder atomowych. Reakcja rozszczepienia jąder
atomowych ma przebieg lawinowy – jedna reakcja
łańcuchowa może zainicjować kilka następnych. W
celu kontrolowania szybkości reakcji tak by
przebiegała z jednakową prędkością (mówimy że
reakcja ma przebieg łańcuchowy tzn. jedno
rozszczepienie inicjuje następne rozszczepienie
jądra atomowego) wprowadza się do reaktora
substancje pochłaniające neutrony. Substancje te
umieszczone są w prętach zwanych regulacyjnymi.
• energetyczne,
• reaktory wodne, ciśnieniowe (tzw. PWR i
WWER), w których chłodziwem i moderatorem
jest zwykła woda pod ciśnieniem (na tyle
wysokim by woda nie zaczęła odparowywać
podczas normalnej pracy reaktora).
• wyjątkowymi reaktorami wodnymi,
ciśnieniowymi są reaktory RBMK (tego typu
reaktory są między innymi w Czarnobylu oraz
w innych miejscowościach na terenie byłego
ZSRR), chłodzone są wodą, a moderowane
grafitem.
•
•
•
•
reaktory wodne, wrzące (BWR), w których
chłodziwem i moderatorem jest również
zwykła woda, ale wrząca,
reaktory ciężkowodne (PHWR, CANDU),
chłodziwem i moderatorem jest ciężka woda,
reaktory gazowe (GCR, AGR, HTGR), w
których chłodziwem jest gaz (dwutlenek
węgla lub hel), a moderatorem grafit,
reaktory prędkie (na szybkich neutronach),
pozbawione moderatora, chłodziwem są
najczęściej stopione metale: sód, rzadziej
ołów.
• napędowe (głównie łodzi podwodnych i dużych
okrętów wojennych),
• militarne (wytwarzające materiał
rozszczepialny do broni jądrowej),
• badawcze.
W zdecydowanej większości elektrowni
jądrowych energia rozszczepienia
wzbogaconego uranu jest odbierana przez
wodę, która w zależności od reaktora:
odparowuje (reaktory wrzące BWR) lub nie
(jeśli jest pod wysokim ciśnieniem - reaktory
ciśnieniowe PWR i WWER). Najczęściej
czynnik podgrzany w reaktorze, przekazuje
ciepło wodzie w wytwornicy pary, która dzieli
cały układ na obieg pierwotny i wtórny.
Wytworzona w wytwornicy para napędza
turbinę parową, sprzężoną z generatorem.
1 – osłona biologiczna
2 – osłona ciśnieniowa
3 – reflektor neutronów
4 – pręty bezpieczeństwa
5 – pręty sterujące
6 – moderator
7 – pręty paliwowe
8 - chłodziwo
W większości reaktorów (a we wszystkich lekkowodnych) paliwo jądrowe stanowi wzbogacony uran.
Wzbogacenie polega na zwiększeniu zawartości
rozszczepialnego U-235 do około 3-5% (z około
0,7%), ale reaktory ciężkowodne (CANDU, PHWR)
pracują przy naturalnym udziale izotopów. W
przyszłości planuje się wykorzystywać jako paliwo
jądrowe wzbogacony tor. W wyniku rozszczepienia
toru powstają jądra atomowe o mniejszej masie niż
przy rozszczepieniu uranu lub plutonu i jest wśród
nich więcej jąder trwałych. Rozszczepienie toru
wytwarza zbyt mało neutronów by uzyskać masę
krytyczną, w związku z tym do reaktora takiego
trzeba by wstrzeliwać neutrony pochodzące z
zewnątrz.
W celu uzyskania dużej ilości neutronów naukowcy
pracują nad zastosowaniem zjawiska spalacji. W zjawisku
tym jądra ciężkich pierwiastków np. ołowiu są
bombardowane wiązką protonów o dużej energii (rzędu 1
GeV), w wyniku czego ulegają wzbudzeniu. Jądra
pozbywają się energii wzbudzenia wyrzucając z siebie
nukleony w tym i neutrony. Zjawisko spalacji może być
stosowane w celu uczynienia bezpiecznymi i przedłużenia
pracy paliwa obecnych reaktorów jądrowych, a także
pomóc w utylizacji radioaktywnych odpadów. Obecnie
Indie opracowują reaktor typu AHWR (Advanced Heavy
Water Reactor) przystosowany do "spalania" toru.
Pierwszy reaktor (uranowo-grafitowy) zwany CP1 (ang. Chicago Pile no.1 , "Stos Chicago nr 1")
zbudowany został 2 grudnia 1942 na
Uniwersytecie w Chicago pod kierunkiem
włoskiego uczonego Enrico Fermiego .
10 listopada 2004 roku były na świecie 442
reaktory. Znamionowa moc elektryczna bloków
energetycznych, w których skład wchodziły
wynosiła 366,5 GW(e). Tylko 48 z tych bloków
miało mniej niż 10 lat. 266 reaktorów to
reaktory wodne ciśnieniowe (PWR i WWER)
mogące wytworzyć 239,6 GW(e). 22 reaktory
jądrowe było w budowie, z czego 12 to PWR i
WWER.
POLSKIE REAKTORY:
• EWA
•MARIA
W Krotoszynie nad Jeziorem Żarnowieckim budowano elektrownię
jądrową, lecz w 1990 budowa została przerwana.
reaktor w Czarnobylu
(po wybuchu)
Orientacyjna
mapa
przedstawiaj
ąca rozkład
geograficzny
w Polsce
skażenia
izotopem
137Cs w
próbkach
podgrzybka
brunatnego
pobranych w
1991 roku.