Reaktor jądrowy jest urządzeniem technicznym, w którym zachodzi kontrolowane rozszczepianie jąder atomowych. W wyniku tej reakcji jądrowej wytwarzana jest energia cieplna. Reaktory jądrowe są wykorzystywane przede wszystkim do produkcji energii elektrycznej, mogą mieć także zastosowanie w napędach okrętów podwodnych, służą do produkcji izotopów promieniotwórczych na potrzeby medycyny lub przemysłu, do badań naukowych i szkoleń.
Read More
Reaktor jądrowy jest urządzeniem technicznym, w którym zachodzi kontrolowane rozszczepianie jąder atomowych. Energia uwolniona podczas rozszczepienia zostaje przekształcona w ciepło, a następnie za pomocą turbin i generatorów w energię elektryczną. W tym rozdziale znajdują się informacje na temat najważniejszych części składowych reaktorów jądrowych, jakimi są: paliwo, moderator, reflektor, chłodziwo, wlot i wylot wody chłodzącej, pręty sterujące i pręty bezpieczeństwa, zbiornik. Konstrukcja każdego z tych elementów stawia przed naukowcami i inżynierami projektującymi i wykonującymi reaktory trudne problemy. Złożoność problemu widać na poniższym rysunku, który pokazuje szczegóły przykładowego reaktora w elektrowni jądrowej.
Read More
Podstawowym materiałem rozszczepialnym w większości reaktorów jądrowych jest izotop uranu – U-235, ale także izotopy plutonu Pu-239 i Pu-241, które powstają w trakcie pracy reaktora w wyniku reakcji jądrowych. Występujący w naturze uran zawiera tylko około 0,7% atomów izotopu U-235, czyli zbyt mało dla podtrzymania reakcji łańcuchowej, np. w reaktorach lekkowodnych PWR (Pressurized Water Reactor – reaktor wodny ciśnieniowy) lub BWR (Boiling Water Reactor - reaktor wodny wrzący), w których konieczna jest zawartość 3 do 5% atomów izotopu U-235. Uran trzeba zatem "wzbogacić" w ten izotop - proces zwiększania proporcji izotopu U-235 do izotopu U-238 nazywa się "wzbogacaniem". Do tego celu służą różne metody, o czym szczegółowo można przeczytać w artykule →Proces produkcji paliwa jądrowego. Następnie wzbogacony uran, w postaci dwutlenku uranu UO2 zostanie sprasowany na pastylki i umieszczony w rurkach, zwanych "koszulkami", ze stopu cyrkonu z innymi metalami – tak powstają elementy paliwowe.
Read More
Reaktor jądrowy nie funkcjonuje bez neutronów. Ponieważ to neutrony wywołują reakcję rozszczepienia ciężkich jąder atomowych, jest to tak zwane "indukowane", czyli wymuszone rozszczepienie. Warunkiem jest to, aby jądra atomowe mogły absorbować neutrony. Wychodzi to najlepiej, kiedy neutrony poruszają się powoli. W przeciwnym razie jest małe prawdopodobieństwo, że neutron i jądro zbliżą się do siebie na wystarczająco długi czas. Jednakże neutrony, które zostaną uwolnione przez jądra w reakcji rozszczepienia, zwykle są stosunkowo szybkie. Posiadają one zbyt dużą energię kinetyczną. W reaktorach stosuje się substancję, zwaną "moderatorem", która spowalnia prędkie neutrony powstałe podczas rozszczepienia tak, aby mogły spowodować następne rozszczepienia i w ten sposób kontynuować reakcję łańcuchową.
Read More
Ponieważ każde rozszczepienie U-235 uwalnia kolejne neutrony, z których niemal każdy może wywołać następne rozszczepienie, to taka niekontrolowana reakcja łańcuchowa zakończyłaby się eksplozją. Aby mieć kontrolę nad reakcją łańcuchową używa się w reaktorach tzw. prętów kontrolnych (sterujących), które absorbują nadmiar neutronów. Dzięki tym prętom reakcja łańcuchowa może trwać przez długi czas nie doprowadzając do eksplozji. Pręty sterujące wykonane są z substancji, które wyjątkowo dobrze absorbują neutrony. Za pomocą prętów kontrolnych można sterować pracą reaktora.
Read More
Energia jądrowa jest wyzwalana w reaktorze w postaci energii kinetycznej fragmentów rozszczepienia, neutronów oraz promieniowania gamma. Bezpośrednia przemiana tej energii w energię elektryczną nie jest możliwa. Pręty paliwowe oraz inne elementy reaktora ogrzewane przez przemiany jądrowe należy więc chłodzić w klasyczny sposób, np. za pomocą odpowiedniego "chłodziwa".
Read More
Zbiornik ciśnieniowy otacza i chroni rdzeń reaktora. Jest ogromny. Jego ściany mają grubość od 10 do 20 cm i często waży ponad 300 ton. Zapewnia barierę bezpieczeństwa i utrzymuje zestawy paliwowe i pręty sterujące.
Read More
Woda w reaktorze jądrowym pełni nie tylko rolę moderatora i reflektora, ale również służy do odbioru energii cieplnej z rdzenia. Woda w reaktorach wodnych ciśnieniowych (PWR) podgrzewana jest w rdzeniu do temperatury ponad 300 ºC, ale ciągle jest w stanie ciekłym dzięki wysokiemu ciśnieniu. Woda ta krąży w zamkniętym obiegu zwanym obiegiem pierwotnym, do którego, oprócz zbiornika z reaktorem, należą również stabilizator ciśnienia, wytwornica pary oraz pompa cyrkulacyjna. Te urządzenia połączone między sobą rurociągami o wysokiej wytrzymałości tworzą tzw. pętlę. W zależności od producenta, z reaktorem może być połączonych od 2 do 6 pętli.
Read More
W poprzednich rozdziałach o budowie reaktora jądrowego można było dowiedzieć się o tym, co mieści się w elektrowni jądrowej: materiał rozszczepialny, moderator służący do spowalniania prędkich neutronów, chłodziwo, pręty kontrolne i pozostałe elementy elektrowni. W niniejszym rozdziale dowiemy się, jak te elementy ze sobą współpracują.
Read More
Reaktory badawcze odegrały ważną rolę w rozwoju nauki i technologii jądrowej. Możemy śmiało powiedzieć, że reaktory badawcze to w zasadzie "fabryki neutronów", które wykorzystujemy w wielu dziedzinach. Ich zastosowanie obejmuje: edukację i szkolenie, biologię, rolnictwo, medycynę, materiałoznawstwo, czy badania związane z bezpieczeństwem jądrowym. Reaktory badawcze mają mniejszą moc znamionową niż typowe reaktory energetyczne. Istnieje wiele wariantów projektowych reaktorów badawczych, na które wpływ ma ich zastosowanie. Te warianty obejmują: projekt układu chłodzenia, typ moderatora i reflektora, paliwo, poziom mocy.
Read More
