Elektrownie atomowe

Elektrownie atomowe

Elektrownie atomowe wytwarzają energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop U-235), w której ciepło konieczne do uzyskania pary, jest otrzymywane z reaktora jądrowego.

Historia i nie tylko

Pierwsza elektrownia jądrowa o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w (ZSRR). Produkcja prądu nie była jednak w tych głównym zadaniem elektrowni jądrowych. Pierwszoplanowym celem ich budowy była produkcja materiału rozszczepialnego do produkcji broni atomowej. W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać elektrowni atomowych. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie. Te gwałtowne zmiany były spowodowane bezawaryjną pracą pierwszych elektrowni w tamtym czasie, co doprowadziło do zwiększenia zainteresowania nimi, natomiast w latach 70. na jego spadek wpływ miały dwie poważne awarie: w Three Mile Island w 1979 r. i w Czarnobylu w 1986 r. oraz wzrost wymagań dotyczących bezpieczeństwa elektrowni. Cykl projektowania i budowy elektrowni atomowej trwa około 10 lat.

Podział elektrowni ze względu na rodzaj reaktora.

PWR - reaktor wodny ciśnieniowy (ang. Pressurized Water Reactor) -- reaktor jądrowy, w którym moderatorem jest zwykła (lekka) woda pod ciśnieniem ok. 15 MPa. Woda spełnia jednocześnie funkcję czynnika roboczego – chłodzi rdzeń reaktora. W reaktorach PWR stosowane są dwa obiegi wody. Pozwala to na zmniejszenie ryzyka wycieku radioaktywnych substancji. Moc reaktora regulowana jest przez zmianę stężenia kwasu borowego w wodzie w obiegu pierwotnym. Grafitowe pręty regulacyjne stosowane są jedynie podczas rozruchu i wyłączania reaktora. Reaktory typu PWR zaprojektowane w ZSRR noszą nazwę WWER. Ich budowa nie różni się zasadniczo od konstrukcji zachodnich. Najczęściej spotykane to mniejszy WWER-440 (o mocy elektrycznej 440 MW) i większy, nowocześniejszy WWER-1000 (o mocy 1000 MW elektrycznych).

BWR - reaktor wodny wrzący (ang. Boiling Water Reactor) - reaktor jądrowy moderowany i chłodzony wodą, cyrkulującą w jednym obiegu (w przeciwieństwie od reaktora PWR). Lekka woda chłodząca reaktor pełni jednocześnie funkcje moderatora i czynnika roboczego; wytworzona w reaktorze para jest kierowana do turbiny.

CANDU (ang. Canadian Deuterium Uranium) Opracowany w Kanadzie reaktor jądrowy to reaktor, w którym rolę moderatora i chłodziwa pełni ciężka woda. Kanada posiada własne złoża uranu. Stąd w tym kraju zrodziła się potrzeba skonstruowania reaktora jądrowego wykorzystującego jako paliwo uran naturalny. W tym celu użyto ciężkiej wody, która jest najlepszym materiałem opóźniającym neutrony. Zapewnia bardzo szybkie obniżenie ich energii, tak że wymiary reaktora ciężkowodnego są porównywalne z wymiarami reaktorów chłodzonych i moderowanych zwykłą wodą, a pochłania wielokrotnie mniej neutronów niż woda lekka ,dzięki czemu możliwe jest stosowanie jako paliwa uranu niewzbogaconego.

GCR - Gas Cooled Reactor (pol. Reaktor Chłodzony Gazem) - typ reaktora jądrowego, w którym moderatorem jest grafit a chłodzony jest gazem, najczęściej helem.

LMFR (liquid metal fast reactor) jest zaawansowanym typem reaktora jądrowego, w którym czynnikiem chłodzącym w obiegu pierwotnym jest ciekły metal. Reaktory LMFR były początkowo stosowane w atomowych okrętach podwodnych.

ALMR (Advanced Liquid Metal Reactor) nowoczesny typ reaktora jądrowego. Zaprojektowany w latach 80. w USA w Argonne National Labolatory. Energia jest w nim wytwarzana jak we wszystkich innych reaktorach poprzez zachodzącą wewnątrz rdzenia reakcje łańcuchową. W klasycznych reaktorach reakcja łańcuchowa zachodzi dzięki stosunkowo wolno poruszającym się neutronom, natomiast w reaktorach ALMR rozszczepienie powodują szybko poruszające się neutrony, które rozbijają nawet bardzo stabilne, ciężkie atomy transuranowe. Taki nowoczesny reaktor spala paliwo wytworzone z odpadów z klasycznych reaktorów. Chłodziwem w takich reaktorach jest ciekły sód krążący w systemie konwekcji naturalnej w basenie reaktora. Ten rodzaj chłodziwa jest jednak bardzo niebezpieczny ponieważ ciekły sód płonie przy kontakcie z wodą co jest największą wadą tej technologii. Największą zaletą jest to, że jeśli w klasycznej elektrowni atomowej wykorzystuje się 5% paliwa to w technologii ALMR aż 94% + 5% wcześniej wykorzystane w reaktorze klasycznym.