Skip to content

Reaktor prędki powielający (FBR)

Reaktor, który istnieje po to, by wytwarzać (powielać) nowe paliwo jądrowe, to reaktor prędki powielający. W reaktorach tego typu reakcje rozszczepienia jąder atomowych są spowodowane przede wszystkim przez neutrony prędkie, dlatego nie jest już możliwe zastosowanie wody jako chłodziwa, gdyż ta hamowałaby neutrony. Można w nich stosować tylko takie chłodziwa, które powodują nieznaczne spowolnienie neutronów, zwykle jest to ciekły sód, ale także gazy o dobrych właściwościach wymiany ciepła. 

Rys. Reaktor prędki powielający (FBR) chłodzony sodem, źródło: portal edukacyjny ČEZ „Svět energie“

Na powyższym rysunku przedstawiono schematycznie najczęściej stosowaną konstrukcję basenową reaktora prędkiego powielającego. W basenie wypełnionym ciekłym sodem znajdują się: rdzeń reaktora otoczony płaszczem powielającym (patrz rysunek poniżej), sodowe pompy cyrkulacyjne oraz sodowy wymiennik ciepła. Sód przechodząc przez rdzeń pochłania neutrony i staje się promieniotwórczy. Zapis tej reakcji:

^{23}Na  (n,\gamma)  ^{24}Na

Sód-24 jest beta-promieniotwórczy, a jego czas połowicznego rozpadu wynosi ok. 15 h. W wymienniku, ciepło przejmowane z sodu promieniotwórczego – przepływającego przez rdzeń reaktora – jest przekazywane do drugiego obiegu sodowego, który jest nieaktywny i włączony pośrednio ze względów bezpieczeństwa. Sód z obiegu pośredniego ogrzewa wytwornice pary, w których jest wytwarzana para o ciśnieniu ok. 16 MPa i o temperaturze ok. 530 °C (układ trójobiegowy). Sód, ze względu na wysoką temperaturę wrzenia (>800 °C) znajduje się pod niskim ciśnieniem (0,5 MPa) i osiąga przy wypływie z rdzenia reaktora temperatury o maksymalnej wartości 600 °C.

Paliwo

Rys. Rdzeń reaktora prędkiego powielającego, źródło: opracowanie własne

Materiał paliwowy stanowi mieszaninę uranu U-238 i materiału rozszczepialnego w ilości 12 do 25%. Jako materiał rozszczepialny stosuje się pluton, a do pierwszego załadunku również niekiedy uran U-235. Materiałem paliworodnym jest uran naturalny lub zubożony. Materiał paliwowy i paliworodny jest zwykle stosowany w postaci dwutlenków (UO2, PuO2). Po wyjęciu z rektora wypalone zestawy paliwowe i napromienione zestawy paliworodne odsyła się, po pewnym okresie schładzania w basenie przechowawczym, do zakładów recyklingu paliwa. W zakładach tych po zdjęciu koszulek z elementów paliwowych i paliworodnych oddziela się chemicznie istniejący jeszcze uran i utworzony pluton. Uran zubożony wykorzystuje się ponownie w reaktorach prędkich jako materiał paliworodny, a pluton – jako materiał rozszczepialny.

Rdzeń reaktora powielającego zbudowany jest z dwóch części (patrz powyższy rysunek) – rdzenia z materiału rozszczepialnego oraz płaszcze otaczającego rdzeń – z materiału paliworodnego, czyli uranu naturalnego lub zubożonego.

Proces powielania paliwa

Jak przebiega dokładnie proces powielania? Izotop uranu U-238 jest w nim przekształcany w izotop plutonu Pu-239 w cyklu reakcji:

1) U-238 po pochłonięciu neutronu przekształca się U-239:

 ^{238}U + n \longrightarrow ^{239}U

2) U-239 ulega rozpadowi beta minus do Np-239:

 ^{239}U \longrightarrow \text{rozpad beta minus, } T_{1/2} = 23,5 \text{ min} \longrightarrow ^{239}Np

3) Np-239 ulega rozpadowi beta minus do Pu-239:

 ^{239}Np \longrightarrow \text{rozpad beta minus, } T_{1/2} = 2,335 \text{ dnia} \longrightarrow ^{239}Pu

Obecnie następuje powrót do koncepcji reaktorów prędkich z uwagi na fakt, że mogą one zostać wykorzystane do usuwania wysokoaktywnych długożyciowych odpadów promieniotwórczych z reaktorów termicznych oraz pozbywania się zapasów zbędnego plutonu militarnego.

Na tej stronie:
Back To Top