Az atomreaktorok osztályozása Cél szerint –kísérleti reaktorok (izotóp előállítás, magfizikai kutatás, oktatás)‏ –erőművi reaktorok (energiatermelés)‏

Az előadások a következő témára: "Az atomreaktorok osztályozása Cél szerint –kísérleti reaktorok (izotóp előállítás, magfizikai kutatás, oktatás)‏ –erőművi reaktorok (energiatermelés)‏"— Előadás másolata:

1 Az atomreaktorok osztályozása Cél szerint –kísérleti reaktorok (izotóp előállítás, magfizikai kutatás, oktatás)‏ –erőművi reaktorok (energiatermelés)‏ –tenyészreaktorok (új hasadóanyag előáll.)‏ –impulzusreaktorok (különleges magfizikai vizsgálatok)‏ –anyagvizsgáló reaktorok (szerkezeti anyagok vizsgálata)‏

2 Fűtőanyag elrendezése szerint - homogén reaktorok - heterogén reaktorok Hasadóanyag szerint -235U -233U -239Pu -különböző dúsítás

3 Moderátor szerint - H 2 O - D 2 O - C - Be - szerves anyag Hűtőközeg szerint - H 2 O - D 2 O - folyékony fém - gáz - szerves anyag

4 Az atomerőmű-építés fejlődése a) Első generációs atomerőművek Az 1950-60-as években fejlesztették ki -Egyesült Államokban (Shippingport, Dresden, Fermi), -Szovjetunióban (Obnyinszk, Novovoronyezs-1 stb.), -Angliában (Magnox reaktorok) és Franciaországban. b) Második generációs atomerőművek

5 A jelenleg üzemelő első és második generációs reaktortípusok (elvi – technológiai) jellegű csoportosítás Kereskedelmi úton beszerezhető reaktorok Gázhűtésű reaktorok (GCR)‏ Vízhűtésű reaktorok (WR)‏ Szaporító reaktorok (BR)‏ Magnox- reaktor Magas hőmérsék- letű gázhűtésű reaktor (HTGR)‏ Nehézvizes reaktorok (HWR)‏ Könnyűvizes reaktorok (LWR)‏ Nehézvizes vízforralásos reaktor (SGHWR)‏ Nyomott ne- hézvizes reaktor (PHWR)‏ Nyomottvizes reaktor (PWR)‏ Vízhűtésű, grafit- moderátoros forralóvizes reaktor (RBMK)‏ Forralóvizes reaktor (BWR)‏ Folyékony fém hűtésű (gyors) szaporító reaktor (LMFBR)‏ Gázhűtésű gyors szaporító reaktor (GFBR)‏ Sóolvadékos szaporító reaktor (MSBR)‏ „CANDU” reaktor

6 c) Harmadik generációs atomerőművek A harmadik generációs reaktorok legfontosabb sajátosságai: szabványosított terv valamennyi típusra, amely gyors engedélyezési eljárást, alacsony fajlagos beruházási költséget (konkrét feltételektől függően általában 1000-1800 USD/kWe) és rövid (4 év) építési időt eredményez; egyszerűbb és robusztusabb kialakítás; belső (inherens) biztonság és a passzív védelmi tulajdonságok minél teljesebbé tétele; magasabb rendelkezésre állás és hosszabb – tipikusan 60 év – üzemi élettartam; a zónaolvadásos balesetek kisebb (~ 10 -6 reaktorévenként) valószínűsége; minimális környezeti hatás; magasabb kiégetési szint, ami hatékonyabb üzemanyag-felhasználást eredményez és kevesebb kiégett üzemanyag keletkezésére vezet;

7 Harmadik generációs rektorortípusok ABWR (Advanced Boiling Water Reactor), AP1000 (Advanced Pressurized Water Reactor 1000), ESBWR (European Simplified Boiling Water Reactor), GT-MHR (Gas Turbine-Modular High Temperature Reactor), PBMR (Pebble Bed Modular Reactor), SWR-1000 (Siedewasser Reactor 1000).

8 A fosszilis erőmű és az atomerőmű elvi felépítése

9 A FORRALÓVIZES REAKTOROK ELVI FELÉPÍTÉSE 1 Reaktortartály 7 Tápvíz13 Hűtővíz 2 Fűtőelemek8 Nagynyomású turbina14 Tápvíz előmelegítő 3 Szabályozórúd9 Kisnyomású turbina15Tápvízszivatty 4 Keringtető szivattyú10 Generátor16 Hűtővízszivattyú 5 Szabályozórúd hajtás11 Gerjesztőgép17 Betonvédelem 6 Frissgőz12 Kondenzátor

10 A NYOMOTTVIZES REAKTOROK ELVI FELÉPÍTÉSE 1 Reaktortartály8 Frissgőz14 Kondenzátor 2 Fűtőelemek9 Tápvíz15 Hűtővíz 3 Szabályozó rudak10 Nagynyomású turbina16 Tápvíz szivattyú

11 A nehézvizes atomerőmű elvi kapcsolási rajza

12 A gázhűtésű atomerőmű elvi kapcsolási rajza

13 Az RBMK atomerőmű elvi kapcsolási rajza 1 Urán-üzemanyag9 Gőzturbina16 Tápvíz 2 Nyomócső10 Generátor17 Víz visszafolyás 3 Grafit moderátor11 Kondenzátor18 Keringtető szivattyú 4 Szabályzórúd12 Hűtővíz szivattyú19 Vízelosztó tartály 5 Védőgáz13 Hőelvezetés20 Acélköpeny 6 Víz/gőz14 Tápvíz szivattyú21 Betonárnyékolás 7 Cseppleválasztó15 Előmelegítő22 Reaktorépület 8 Gőz a turbinához

14 Gyors tenyészreaktorok

15 Golyóhalom reaktor (Thorium High Temperature Reactor )‏

16 Atomerőmű - Atomreaktor Atomerőmű: magreakciók felhasználásával villamos energiát szolgáltató létesítmény Reaktor: Az a berendezés, ahol a magreakciók lejátszódnak Blokk: Egy reaktor és a hozzá tartozó gépészeti és villamos berendezések összessége

17 Komponensek - Üzemanyag A fertilis és hasadóanyagot tartalmazza Hasadóanyagok: 235 U, 233 U, 239 Pu, 241 Pu Fertilis anyagok: 238 U, 232 Pu, 240 Pu Általában kerámia (UO 2 ), régebben fém, esetleg karbid (UC)‏ Általában pasztilla Speciális esetek: –Golyóágyas reaktor –sóolvadék

18 Komponesek - Fűtőelem Az atomreaktor legkisebb elszigetelt része Az üzemanyagpasztillák és az őket tartalmazó hermetikusan lezárt fémcső Anyaga manapság cirkónium, régebben acél Összetett követelmények: –Neutronabszorbció –Mechanikai tuljdonságok –Hermetikus zártság

19 Más néven kazetta Fűtőelemek négyzet vagy háromszögrácsban Esetleg körülveszi kazettafal (palást)‏ A legkisebb önálló egységként mozgatható komponens Többnyire néhány száz fűtőelem Komponenesek - Fűtőelemköteg

20 Komponensek - Moderátor Nagy sűrűségben kis tömegszámú magok A hasadásban keletkező gyors neutronok lelassítása termikus szintre Legyen –Jó lassítóképesség –Kevés abszorbció Csak termikus reaktorokban Rendszerint H2O, D2O, C, esetleg Be Hűtéséről gondoskodni kell Ne legyen benne abszorbens (Pl. bór)‏

21 Komponensek - Hűtőközeg Feladata a szerkezeti elemek, mindenek előtt fűtőelemek hűtése A hő elszállítása további hasznosításhoz Folyadékok: H 2 O, D 2 O, folyékony fémek Gázok: CO 2, He Elgőzölgéssel (forralóvizes reaktor) vagy anélkül (nyomottvizes)‏ Esetenként azonos a moderátorral

22 Komponensek - Hűtőcsatorna A fűtőelemek közötti térrész, ahol a hűtőközeg áramlik Lehet zegzugos alakú (golyóágyas reaktor)‏ Ekvivalens csatorna

23 Komponensek - Szabályozás Erős (termikus) neutronabszorbens Feladata –Szabályozás –Reaktivitástartalék lekötése Formája lehet –Mozgatható rúd vagy kazetta –Fixen beépített elem (kiégő méreg)‏ –Hűtőközegben feloldva (bórsav)‏

24 Komponensek – In core műszerek A reaktoron belül elhelyezett mérőberendezések Neutronfluxus SPND-vel (self powered neutron detector)‏ Neutronfluens aktivációs detektorokkal Hőmérséklet termoelemekkel

25 Komponensek – Aktív zóna Az önfenntartó láncreakció megvalósulásának helye Együttesen a –Fűtőelemkötegek –Moderátor –Hűtőközeg –Reaktivitáskompenzáló és szabályozóelemek

26 Komponensek - Reflektor Az aktív zónát veszi körbe Visszaszórja a kiszökő neutronokat Anyaga: mint a moderátorok Komponensek – Termikus védelem Az aktív zóna és a reaktortartály között Csökkenti a tartály sugárkárosodását A reflektor is lehet

27 Az aktív zónát és kisegítő elemeit tartalmazza Megfelelő nyomásra tervezett Hűtőközeg ki- és bevezetések Kábelek, csövek tomített átvezetése Komponensek - Reaktortartály

28 Néhány fontos fogalom Aktív alkatrész: reaktoron kívülről irányított vagy működtetett (szelep, szabályozórúd, stb)‏ Passzív alkatrész: funkciójának teljesítéséhez nincsen szükség külső működtetésre (tartályok, csövek, hőcserélők, hasadási tárcsák)‏ Passzív védelem: olyan védelmi mechanizmus, ami csak a passzív alkatrészek működésén és alapvető természeti törvényeken (nyomáskülönbség, természetes cirkuláció, stb) alapszik Inherens biztonság: nem kívánatos jelenség maga váltja ki a lassítására és visszafordítására ható folyamatokat – passzív védelmen alapul

29 Magreakciók töltött részecskesugárzással  - sugárzás (  n) reakciók: 9Be +  --> n + 12C Laboratóriumi neutron forrás. Az alfa forrás lehet: Ra, Rn, Po, Am, Pu, stb. (  p) reakciók: 14N +  --> p + 17O 11B +  --> n + 14C p - sugárzás 12C + p -->  + 12N Protondús (neutronhiányos) magok előállítása: Gyakorlati jelentőség: PET-Debrecen Rutherford  + sugárzó

30 ATOMFEGYVER TÍPUSOK 1., Egyfázisú - maghasadás: ( 235 U, 233 U, 239 Pu, 241 Pu, )(n th,f)‏ 2., Kétfázisú: fisszió + fúzió 3., Háromfázisú: (1+2) + 238 U (n 14MeV, f)‏

31 Az atombomba szerkezete

32 Fúziós kábel Detonátorok U-238 Fúziós anyag Fissziós indító Üreges töltések A hidrogénbomba szerkezete

33 A neutronfegyver elvi felépítése