Nuklearni reaktor

Uslovi za realizaciju nuklearnog reaktora

Fisija je pogodna kao energetski izvor U nuklearnom reaktoru postie se

kontrolisana lanana reakcija Za realizaciju nuklearnog reaktora

potrebno je obogatiti rudu urana tj. poveati udio U235 sa 0,7 % na obino 3 %.

Prirodni uran se sastoji od 0,71% urana-235, 99,28% urana-238 i oko 0,0054% urana-234.

Za razdvajanje obaju izotopa urana (urana 235 i urana 238) najprimjereniji je uran u plinovitom obliku (UF6)

1. Uslov je dobivanje obogaenog urana. Obogaivanje urana uz pomo tri metode:

1. Difuzija 2. Centrifugiranje3. Laserska metoda

Difuzijska metoda je prva metoda koritena za dobivanje obogaenog urana, a temelji se na pojavi da prolaz plina kroz membranu ovisi o brzini molekula plina .

Zbog toga se U3O8 najprije prevodi u UF6 koji se zagrijavanjem dovodi u plinovito stanje te nakon toga pod tlakom proputa kroz seriju poroznih membrana.

S obzirom da je molekula s 235U laka od one s 238U, giba se bre i ima veu vjerojatnost prolaska kroz pore membrane.

UF6 koji difuzijom proe kroz membranu, ima vei postotak 235U i obogaen je, a dio koji nije proao je manje obogaenje nego na poetku.

Proces se ponavlja vie puta u seriji difuzijskih komora zvanih kaskada.

Obogaeni UF6 vadi se na jednom kraju kaskade, a osiromaeni na drugom.

Oko 1400 komora je potrebno da se dobije koncentracija 235U izmeu 3 % i 4 %.

Metoda centrifuga koristi veliki broj serijski i paralelno spojenih rotirajuih cilindara.

Tee molekule UF6 s 238U zbog toga se pomiu dalje od osi rotacije, a lake molekule UF6koncentriraju se blie osi rotacije.

Iako je kapacitet pojedine centrifuge manji nego difuzijske komore, njena sposobnost separacije je puno vea.

Centrifuge se kao, kao i difuzijske komore, spajaju kaskadno, ali je broj jedinica u kaskadi manji i iznosi 10 20.

Centrifuge su u vakuumu i smjetene su u aluminijske tube, a pokree ih snaan rotor

Laserska se metoda temelji na selektivnom pobuivanju atoma ili molekula urana laserskim zraenjem nakon ega se pobueni atomi odvajaju elektrikim ili magnetskim poljima.

Laserska metoda obogaivanja ima manju potronju energije, proizvodi manje otpada i efikasnija je je od difuzijske i metode centrifuga.

Meutim, dio se procesa odvija u vakuumu.

Uslovi za realizaciju nuklearnog reaktora

Osim obogaivanja urana treba rijeiti i slijedee probleme:1. Bijeg neutrona- odreeni procenat n bjei, velikom zapreminom

nuklearne elektrane se sprijeava bijeg n

2. Smanjenje energije neutrona- Fisijom nastaju brzi neutroni energije 2 MeV, a fisija je vjerovatnija sa sporim neutronima. Zato neutrone treba usporiti. Brzi neutroni se mogu usporiti ako se uran pomijea sa supstancom koja moe usporiti i apsorbovati neutrone. Proces je usporavanje neutrona (termalizacija), a te supstance moderatori. Najbolji je vodonik koji kroz 18 sudara termalizuje neutron tj. neutron nakon toga ima energiju koja odgovara termikom kretanju neutrona na 300 K tj. oko 0,04 eV. Vodik lako apsorbuje n i stvara se deuterij. Deuterij zahtjeva 25 sudara za termalizaciju neutrona i teko proizvodi tricij pa je pogodan. Zato se u reaktoru gorivo uranja u tzv. teku vodu- deuterij kroz koji se puta vodonik.

Uslovi za realizaciju nuklearnog reaktora

3. Zahvat neutrona- kritini raspon energija 100 eV-1 eV

Ponekad kad jezgro zahvati neutron ne nastaje fisija ve se emituje energija u vidu zraka. Kada tokom termalizacije neutrona,neutron ima energiju u raspoonu 100 eV do 1 eV postaje podloan nefisionom zahvatu od strane U238.

Da bi se to smanjilo uran i moderatori se naizmjenino slau u jezgru reaktora. Tako brzi neutroni stvoreni u ipki goriva dospijevaju u moderator te se termalizuju i tu prolaze kroz raspon 100 eV- 1 eV bez prisustva U 238 koji ih moe zahvatiti, a zatim se nakon termalizacije vraaju u ipku i tu se deava fisija.

Uslovi za kontrolisanu fisiju: Smanjenje energije neutrona Stalan broj neutrona

Balans neutrona u tipinom reaktoru

Otkud plutonij u reaktoru? Transurani (neptunij i plutonij) K neutronski prinos

K = 1 samoodravajua fisiona reakcija (kritini reaktor)

K < 1 fisija zamre, podkritini reaktor K > 1 lanana reakcija (nadkritini reaktor)-

kontrolne ipke od kadmijuma (ranije od grafita)

Nuklearni reaktor Nuklearni reaktor je postrojenje u kojem se odvija kontrolisana

nuklearna lanana reakcija. Nuklearni reaktor je sistem dizajniran za samoodrivu fisionu reakciju.

Podjela nuklearnih reaktora prema namjeni:

proizvodnja elektrine energije.

proizvodnja radioizotopa (u industrijske i medicinske svrhe),

oslobaanje neutrona iz centra reaktora (za eksperimente),

za obrazovanje i poduavanje buduih nuklearnih fiziara.

Gorivo: izotopi urana, plutonijum, a ponekad i torijum. Dio energije

osloboene u reakciji, ispoljava se u vidu toplote, koja se odvodi iz

nuklearnog reaktora i koristi za pokretanje raznih toplotnih maina.

.

Nuklearni reaktor

Fisiono gorivo Veina reaktora danas koristi uran kao fisiono gorivo u formi

uranovog oksida UO2

Nuklearni reaktor

Dijelovi reaktora1 Kontrolne ipke2 Bioloka zatita3 Zaita4 Moderator neutrona5 Nuklearno gorivo6 toplotni rezervoar

Osnovni dijelovi svakogreaktora su: nuklerno gorivo, moderator (usporiva), upravljake ipke, sistem zahlaenje i zatitni sistem.

Dijelovi nuklearnog reaktora Nuklerni reaktori : homogeni heterogeni

Moderator

Moderator usporava brze

neutrone a kontrolni tapovi

(kadmij, bor) apsorbiraju spore

neutrone.

Tipovi reaktora: Tlakovodni reaktor koristi za gorivo oksid obogaenog urana, a hlaen

je i moderiran obinom vodom pod pritiskomm. PWR (engl. Pressurized Water Reactor

Kipui reaktor takoe koristi isto gorivo, moderator i rashladnosredstvo, ali voda kljua (BWR Boiling Water Reactor).

Tekovodni reaktor koristi oksid prirodnog ili obogaenog urana, hlaen je i moderiran tekom vodom s pritiskom vode viim od pritiskazasienja (nema kljuanja). HWR (engl. Heawy Water Reactor)

Visokotemperaturni reaktor HTGR (engl. High Temperature Gas Reactor) posljednji je korak u razvoju grafitom moderiranih reaktora. Hlaen je helijem, a koristi oksid obogaenog urana.

Brzi oplodni reaktor nema moderatora, a hlaen je tekuim metalom. Kao gorivo koristi oksid urana vieg obogaenja ili oksid plutonija, a kaooplodni materijal prirodni uran (FBR Fast Breeder Reactor).

Razni tipovi reaktora i njihov procent

Tip reaktora Znaenje skraeniceAGR Advanced Gas Cooled, Graphite Moderated Reactor

Napredni, gasom hlaen, grafitommoderiran reaktor

BWR Boiling water reactor Reaktor sa kljualom vodom

BWR Advanced Boiling Light Water Cooled and Moderated Reactor

Napredni, lakom vodom hlaen i moderiranreaktor sa kljualom vodom

FBR Fast Breeder Reactor Brzi, proizvoaki reaktor

GCR, agnoks Gas Cooled, Graphite Moderated Reactor Gasom hlaen, grafitom moderiran reaktor

HTGR High Temperature, Gas Cooled, Graphite Moderated ReactorGasom hlaen i moderiran reaktor savisokim temperaturama

HWGCR Heavy Water Cooled, Graphite Moderated ReactorTekom vodom hlaen, grafitom moderiranreaktor

LWGR, VVR-S, RBMK

Light Water Cooled, Graphite Moderated Reactor

Lakom vodom hlaen, grafitom moderiranreaktor

PHWR, Candu Pressurized Heavy Water Moderated and Cooled Reactor, Deuterium UraniumTekom vodom pod pritiskom hlaen i moderiran reaktor

PWR, VVER Pressurized Water Reactor Reaktor sa vodom pod pritiskom

SGHWR Steam Generating Heavy Water Reactor Tekovodni reaktor sa vodom koja vri

Pregled podjele energetskih reaktora

Podjela reaktora prema transferu energije:

Boiling water reactors (BWR)

pressurized water reactors (PWR)

Transfer energije tipovi reaktora

Breeder (Oplodni) Reaktori- Napredniji tip reaktora je breeder reaktor, koji

proizvodi vie fisionog goriva nego to utroi. Brzi oplodni reaktor (Fast breeder reactor FBR)

- Thermal breeder reactor (Thorijumski ciklus opisan- Ranije) Breeder reaktori predstavljaju mogunost jednog

neogranienog izvora fisijskog materijala. Problem toksinost i zloupotreba plutonija

Ova vrsta reaktora omoguuje daleko ekonominije koritenje uranau odnosu na termike reaktore.

Problemi nuklearnog reaktora Oslobaanje radioaktivnih elemenata u atmosferu ili u

podzemne vode. Toplinsko zagrijavanje atmosfere. Odlaganje radioaktivnog otpada fisionih procesa Nuklearne nesree u elektranama: Three Mile Island u Pennsylvaniji (1979) Chernobyl u Ukrajini (1986) (50 tona radioaktivnog materijala

pobjeglo u atmosferu) Fukushima u Japanu (2011) 4 kritina pitanja: niska cijena, poboljana sigurnost, kvalitetno

rjeavanje problema nuklearnog otpada i mali rizik od nesree.

ernobil

najvea ekoloka katastrofa novijeg doba

26. 4. 1986. u 1 sat 23 minute eksplozija na 4. reaktoru

nona smjena radila pokus i jedan operater opteretio reaktor

od 25 kontrolnih ipki u reaktoru ostalo 6

drugi operater iskljuio dovod vode koja hladi i nastala je eksplozija

radioaktivni oblak noen vjetrom iao prema Skandinaviji te sredinjoj i jugoistonoj Evropi

od posljedica radijacije preminulo 200 000 do 400 000 (neslubeni izvori, vlasti taje podatke)

dan i po nakon eksplozije u oblinjem gradu Pripjata radijacija 300 000 puta vea od normalne

danas radijacija 100 metara od reaktora 50 000 puta vea od normalne podruje ernobila neseljivo tek za oko 600 godina

Na slici se vidi sarkofag oko 4. Na slici se vidi sarkofag oko 4. reaktorareaktora

Politika neodgovornost Preuivanje nesree Nakon nesree Vladimir erbickij ukrajinski politiar nazvao

Moskvu da otkae proslavu Dana rada i paradu u Kijevu, Gorbaov mu je rekao da e biti izbaen iz politike ukoliko ne rijei problem u tiini.

Nakon razgovora sovjetske vlasti svjesno rtvovale vie od 30 ukrajinskih vatrogasaca koji su gasili poar na mjestu nesree

Meunarodna skala za nuklearne nesree