fizyka.org  ::  fizyka.jamnika.pl

Fizyka
Fizyka
Strona główna
Twoje konto
Płatności
FORUM
Szukaj
FAQ
O nas
 
Strona główna > Artykuły - Fizyka > Katastrofa w Czarnobylu > Reaktor energetyczny. Reaktor RBMK.
Reaktor energetyczny. Reaktor RBMK.

Opiszemy krótko ogólną budowę reaktora jądrowego.
Tę część reaktora, w którym paliwo jądrowe ulega rozszczepieniu, nazywa się rdzeniem. W reaktorach termicznych (na neutrony termiczne) ważnym składnikiem rdzenia jest moderator, którego zadaniem jest spowalnianie neutronów z rozszczepienia do energii porównywalnej ze średnią energią kinetyczną ruchu cieplnego atomów ośrodka. Poza moderatorem i paliwem oraz pomocniczymi elementami konstrukcyjnymi do obszaru rdzenia jest wprowadzone chłodziwo, które odbiera ciepło wydzielane w paliwie jądrowym. Udział objętościowy każdego ze składników rdzenia zależy od szeregu parametrów jądrowych, termodynamicznych i materiałowych, które w sposób nierozdzielny wpływają na ostateczną konstrukcję reaktora. Niemały wpływ na konstrukcję reaktora ma stan skupienia materiałów rdzenia. Paliwo jest stosowane w postaci stałej, głównie dwutlenku uranu UO2, rzadziej w postaci czystego metalu. Moderatorem może być ciało stałe (grafit), ciecz (woda zwykła H2O lub woda ciężka D2O) lub gaz (dwutlenek węgla, hel). Chłodziwo, które spełnia funkcję nośnika ciepła, jest z natury rzeczy ciałem płynnym, a więc może być gazem lub cieczą.

W najbardziej zaawansowanych technicznie reaktorach energetycznych obecnie stosuje się paliwo stałe, uformowane w tzw. elementy paliwowe, najczęściej o kształcie cienkich prętów lub pastylek umieszczonych w rurach osłonowych (tzw. koszulkach). Materiałem konstrukcyjnym koszulek jest zwykle stop cyrkonu ze względu na jego właściwości. Tak wykonane elementy paliwowe są umieszczane w poziomych lub częściej pionowych kanałach, utworzonych w stałej masie moderatora. Jeżeli np. moderatorem jest ciecz, która jednocześnie spełnia funkcję chłodziwa, to elementy paliwowe są zanurzone równomiernie w całej objętości rdzenia. Poza omówionymi elementami reaktora bezpośrednio w obszarze rdzenia działają elementy wykonawcze układów sterowania i zabezpieczeń awaryjnych reaktora. Ponadto każdy reaktor jest obudowany osłonami zabezpieczającymi przed przenikaniem promieniowania jonizującego do otoczenia dostępnego dla obsługi.

Rozróżnia się dwa podstawowe typy (rozwiązania) konstrukcyjne reaktorów: zbiornikowy oraz kanałowy. W reaktorze zbiornikowym rdzeń jest zamknięty w grubościennym stalowym zbiorniku, przystosowanym do utrzymywania odpowiednio wysokiego ciśnienia. W reaktorach kanałowych pod wysokim ciśnieniem znajdują się jedynie kanały o niewielkiej średnicy, zawierające pojedyncze zespoły paliwowe. Wiele reaktorów obu rodzajów znajduje się obecnie w eksploatacji, chociaż obecnie przeważają reaktory zbiornikowe.

Budowane na świecie reaktory dzieli się również w zależności od rodzaju podstawowych materiałów rdzenia, tj. paliwa jądrowego, moderatora oraz chłodziwa. Jest to tak zwana klasyfikacja energetyczna. W klasyfikacji energetycznej celowe jest stosowanie podziału reaktorów wg czynników chłodzących, gdyż własności chłodziw wpływają na techniczne rozwiązanie obiegów, wybór urządzeń współpracujących, jak np. wytwornice pary czy turbina, oraz na dyspozycję i warunki bezpieczeństwa pracy tych urządzeń. Rozróżnia się więc reaktory lekkowodne ciśnieniowe (PWR), wrzące (BWR) oraz tzw. kanałowe (RBMK), reaktory ciężkowodne (PHWR), reaktory gazowe (GCR).

My omówimy dokładniej typ reaktora, jaki uległ awarii w Czarnobylu w r. 1986.

Lekkowodne reaktory kanałowe RBMK (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj) z wrzącą wodą i moderatorem grafitowym były projektowane i budowane jedynie w Związku Radzieckim. Prototyp tego reaktora o mocy 5MW został zainstalowany w pierwszej na świecie elektrowni jądrowej w Obnińsku (Rosja) 27.06.1954 r. Konstrukcja obecnych reaktorów RBMK różni się jednakże od reaktora w Obnińsku tym, iż pracują one w układzie jednoobiegowym (para jest wytwarzana bezpośrednio w kanałach przechodzących przez rdzeń reaktora), podczas gdy reaktor w Obnińsku pracował w układzie dwuobiegowym. Poniżej zostanie opisany reaktor o mocy 1000 MW; takie reaktory zainstalowane były m.in., w elektrowni w Czarnobylu na Ukrainie. Rdzeń reaktora stanowi cylindryczny układ grafitu o średnicy 12 m, wysokości 7 m, masie około 1700 ton; jest zbudowany z 2488 bloczków grafitowych o wymiarach 250 mm x 250 mm x 250 mm z osiowymi otworami na kanały paliwowe. Ilość kanałów paliwowych o średnicy 88 mm wynosi 1661, w każdym z nich umieszczone są dwa zestawy paliwowe zawierające po 18 prętów paliwowych o długości 3.65 m. Całkowita ilość paliwa o wzbogaceniu 2% wynosi ok. 190 ton. Z góry oraz z dołu rdzeń jest osłonięty płytami stalowymi o grubości 200-250 mm. Całość, z konieczności ogromna (przykładowo objętość rdzenia reaktora BWR wynosi 75 m3, natomiast reaktora RBMK aż 825 m3), jest umieszczona w betonowej komorze o podstawie 21,6 m x 21,6 m i głębokiej na 25 m. Układ chłodzenia jest układem jednoobiegowym; woda podgrzewana w kanałach reaktora tworzy mieszaninę parowo-wodną. W separatorach pary następuje separacja (oddzielenie) wody z mieszaniny parowo-wodnej. Para nasycona o parametrach 284 oC i 7 MPa w ilości 5780 t/h (ton na godzinę) jest doprowadzana do 2 turbogeneratorów o mocy 500MW każdy. Skroploną w kondensatorze wodę doprowadza się z powrotem do reaktora. Sprawność elektrowni wynosi 31%.



Reaktory te, uznawane w początkowym okresie za bezpieczne (Anatolij Aleksandrow, były prezes Akademii Nauk ZSRR mawiał, iż reaktor typu RBMK można nawet postawić na Placu Czerwonym w Moskwie), okazały się w ostateczności niebezpieczne. Wynika to stąd, iż w reaktorze RBMK grafit pracuje w bardzo wysokiej temperaturze (ok. 750 oC), znacznie przekraczającej jego temperaturę zapłonu w powietrzu. Tak więc bliskie sąsiedztwo pary wodnej pod ciśnieniem i gorącego grafitu stwarza niebezpieczeństwo reakcji chemicznej prowadzącej do wytworzenia tzw. gazu wodnego.

W przypadku rozerwania rury ciśnieniowej gorąca para dostaje się do grafitu. Reakcja prowadząca do powstania gazu wodnego zachodzi przy temperaturach 1000-1200 oC, a więc niewiele wyższych od normalnej temperatury eksploatacyjnej w graficie.

Jeśli w reaktorze dochodzi do utraty chłodziwa z obiegu pierwotnego, to w miarę przekształcania się wody w parę zachodzą w nim dwa niekorzystne procesy. Po pierwsze para jest gorszym chłodziwem niż woda, a więc paliwo zaczyna się podgrzewać i temperatura rośnie. Jednocześnie para wodna pochłania mniej neutronów niż woda, w skutek czego odparowanie wody powoduje w reaktorze RBMK wzrost jego mocy. Ten drugi efekt doprowadza do nagłego zwiększenia strumienia neutronów, wzrostu intensywności reakcji rozszczepienia i nagłego lokalnego przegrzania części rdzenia.

Do niewątpliwych zalet tego typu reaktorów należy zaliczyć: niski stopień wzbogacenia paliwa (1.8%), możliwość przeładunku paliwa podczas pracy reaktora bez konieczności jego wyłączania, brak masywnego zbiornika ciśnieniowego oraz możliwość konstruowania jednostek praktycznie o nieograniczonej mocy. Jednak istotną cechą, z powodu której Związek Radziecki nie był zainteresowany w transferze technologii tych reaktorów do innych państw, była przede wszystkim możliwość wytwarzania w nich plutonu do celów wojskowych.

Obecnie pracuje na świecie 13 reaktorów RBMK: 11 w Rosji (4 w Kursku, 3 w Smoleńsku, i 4 w Sanki Petersburgu) oraz 2 na Litwie (Ignalina), a wycofano z eksploatacji 14 reaktorów tego typu (dane z grudnia 2002 r.). Nie przewiduje się budowy tego typu reaktorów, poza dokończeniem jednego reaktora w elektrowni Kursk-5 w Rosji.

O budowie i zasadach działania innych rodzajów reaktorów oraz ogólnie o energii jądrowej można poczytać w książce Grzegorza Jezierskiego "Energia jądrowa wczoraj i dziś", którą polecam. Więcej informacji na stronie Wydawnictwa Naukowo-Technicznego.

(na podstawie G. Jezierski - "Energia jądrowa wczoraj i dziś")



 
 Teoria
Wyprowadzenia wzorów
Zadania fizyczne
Doświadczenia fizyczne
Tablice fizyczne
Biografie fizyków
FORUM
 
 Fala [0]
przebyta droga [0]
stachu [0]
zadanie z hydrostatyki [0]
moc i wypadkowa sił [0]
 
Fizyka Jamnika i jej kontrahenci używają plików cookies m.in. w celach: reklamowych, statystycznych oraz świadczenia usług. Jeżeli nie zmienisz ustawień, cookies będą zapisywane w pamięci Twojego urządzenia.
Więcej szczegółów na stronie "Polityka Prywatności".
OK
 
© 2003-2017 Fizyka Jamnika, Wszelkie prawa zastrzeżone. Online: 35
e-deklaracje:Fronty meblowe:Katalog stron
Obsługa informatyczna