Atomenergetikai alapismeretek

Átírás

1 Atomenergetikai alapismeretek 7. előadás: Atomreaktorok, atomerőművek Prof. Dr. Aszódi Attila Egyetemi tanár, BME Nukleáris Technikai Intézet Budapest, március az előző órai anyagból Prof. Dr. Aszódi Attila 2

2 Moderációs jellemzők Moderátor jellemző 1 H H 2 O D D 2 O Be C 238 U α 0-0,111-0,640 0,716 0,983 maximális energiacsökkenés lassítási erélyesség µ 0 0,667-0,333-0,074 0,055 0,003 ξ ,725 0,725 0,209 0,158 0,00838 Ütközések száma 18,2 18, , M I =ξ 0 Σ es 0,002 3,27 0, ,256 0,18 0,06 0,042 1/M I 500 0, ,91 5,53 16,7 - makroszkop. lassítóképesség γ ,16 lassítási jóság Prof. Dr. Aszódi Attila 3 Forrás: Dr. Csom Gyula: Atomerőművek üzemtana 1. kötet Reaktortípusok Energetikai atomreaktor típusok napjainkban Ma leginkább használatos csoportosítás: Üzemelő (db)/ Szumma 450 LWR Light Water Reactors PWR Pressurized Water Reactors 298 BWR Boiling Water Reactors 72 PHWR Pressurized Heavy Water Reactors 49 LWGR Light Water Graphite Reactors 14 FBR Fast Breeder Reactors 3 GCR Gas-Cooled Reactors 14 Üzemelő reaktorok típus szerint március Építés alatt lévő reaktorok típus szerint március Prof. Dr. Aszódi Attila Forrás: IAEA PRIS, lekérdezés: március 4

3 Reaktortípusok, atomerőművi kapcsolások BWR Boiling Water Reactor Forralóvizes reaktor nyomott tartályos reaktorok; moderátor: könnyűvíz; hűtőközeg: (moderátor) könnyűvíz; munkaközeg: (moderátor) könnyűvíz; egyetlen hőkörfolyamati kör; a reaktor a Rankine-körfolyamatba épített hőforrás rendszerelem; függőleges kazetták; 3-5% dúsítású üzemanyag; szabályozó és biztonságvédelmi rudak bevezetése alulról; áramlás a zónában alulról felfelé, de egyúttal tápvíz recirkuláció a zónában; átrakás csak leállított, lehűtött reaktornál lehetséges. Prof. Dr. Aszódi Attila 5 Reaktortípusok, atomerőművi kapcsolások PWR Pressurized Water Reactor Nyomottvizes reaktor nyomott tartályos reaktorok; moderátor: primerköri könnyűvíz; hűtőközeg: (moderátor) könnyűvíz; munkaközeg: szekunderköri könnyűvíz; két hőkörfolyamati kör (primer és szekunder kör); a gőzfejlesztő a Rankine-körfolyamatba épített hőforrás rendszerelem; függőleges kazetták; 3-5% dúsítású üzemanyag; kényszerített áramlás a zónában alulról felfelé; szabályozó és biztonságvédelmi rudak bevezetése felülről; átrakás csak leállított, lehűtött reaktornál lehetséges. Operating Principles of a Pressurized Water Reactor Prof. Dr. Aszódi Attila 6

4 Reaktortípusok, atomerőművi kapcsolások PHWR Pressurized Heavy Water Reactor Nyomott nehézvizes reaktor nyomott csöves reaktor (elvben nyomott tartályos kivitel is lehetséges - nem tipikus) moderátor: calandria nehézvíz; hűtőközeg: primer köri nehézvíz; moderátor és hűtőközeg fizikailag szétválasztva! munkaközeg: könnyűvíz; a gőzfejlesztő a Rankine-körfolyamatba épített hőforrás rendszerelem; természetesvagy enyhén (2-4%) dúsított uránnal is képes üzemelni; PWR-hez képest alacsony kiégés; kazetták vízszintes csövekben, áramlás vízszintes; egy hűtőcsőben több kazetta egymás mögött; átrakás üzem közben is lehetséges; PWR-nél nagyobb zóna. Prof. Dr. Aszódi Attila 7 Reaktortípusok, atomerőművi kapcsolások LWGR/RBMK Light Water Graphite moderated Reactor Könnyűvíz hűtésű grafit moderátoros reaktor nyomott csöves kivitel; moderátor: grafit; hűtőközeg: könnyűvíz; munkaközeg: (hűtőközeg) könnyűvíz a reaktor a Rankine-körfolyamatba épített hőforrás rendszerelem; természetesvagy enyhén (2-4%) dúsított uránnal is képes üzemelni; PWR-hez képest alacsony kiégés; kazetták függőleges csövekben, áramlás alulról felfelé; egy hűtőcsőben két kazetta egymás fölött nagyon magas zóna PWR-nél sokkal nagyobb zóna; átrakás üzem közben is lehetséges. Prof. Dr. Aszódi Attila 8

5 Moderátor anyagok fő jellemzői Moderátor paraméterek Moderációs úthossz [cm] Neutronabszorpciós hatáskeresztmetszet [barn] H 2 O D 2 O Grafit víz urán víz urán víz víz urán víz grafit víz urán víz víz urán víz urán víz víz urán grafit víz víz urán víz Nyomott vizes reaktor Csernobili típusú reaktor Prof. Dr. Aszódi Attila 9 Reaktortípusok, atomerőművi kapcsolások FBR / SFR Fast Breeder Reactor / Sodium cooled Fast Reactor Gyors neutronos tenyésztő reaktor moderátor: nincs; hűtőközeg: folyékony nátrium; medencés/tartályos kialakítás is létezik; három körös kialakítás (Na kémiai problémái); magas hőmérséklet jó hatásfok; bonyolultabb üzem, mint a PWR/BWR-nél; a szekunder/tercier kör közötti gőzfejlesztő a Rankine-körfolyamatba épített hőforrás; gond: gazdasági kérdések (túl olcsó az urán). Prof. Dr. Aszódi Attila 10

6 Reaktortípusok, atomerőművi kapcsolások GCR Gas-Cooled Reactor Gázhűtésű reaktor elvben nyomott tartályos és nyomott csöves kivitelben is létezik; moderátor: grafit; hűtőközeg: CO 2 -gáz (vagy hélium); a gőzfejlesztő a Rankine-körfolyamatba épített hőforrás rendszerelem; magasabb körfolyamati hatásfok; sokkal kisebb nyomás, mint a PWR-ben; sokkal nagyobb zóna, mint a PWR-ben; jámbor, lassú tranziensek; hosszú távú üzemét korlátozza a grafit fogyása (UK zsákutca, nincs üzemidőhosszabbítás UK-ban ezen reaktorokon) Prof. Dr. Aszódi Attila 11 a) egykörös atomerőmű b) másfél körös atomerőmű c) kétkörös atomerőmű d) háromkörös atomerőmű kapcsolás Prof. Dr. Aszódi Attila 12

7 BWR - Egykörös kapcsolás Prof. Dr. Aszódi Attila 13 RBMK - Másfélkörös kapcsolás Prof. Dr. Aszódi Attila 14

8 PWR - Kétkörös kapcsolás Prof. Dr. Aszódi Attila 15 FBR - Háromkörös kapcsolás Prof. Dr. Aszódi Attila 16

9 VVER-440 (Paks1) Prof. Dr. Aszódi Attila 17 VVER-440 (Paks1) T-s diagram Prof. Dr. Aszódi Attila 18

10 Atomerőmű-generációk Prof. Dr. Aszódi Attila 19 Első generációs atomerőművek Az 50-es, 60-as évek prototípus atomerőművi reaktorai Viszonylag kis egységteljesítmény (<250 MW) Kis darabszámú szériák, inkább prototípus (kivétel: Magnox) Biztonsági hiányosságok Többnyire természetes urán üzemanyag Egzotikus reaktortípusok is (FBR pl. Fermi I., GCR pl. Magnox, HWGCR pl. Monts D'Arree, SGHWR Winfrith) Winfrith SGHWR vezénylő ( , 100 MWe) HWGCR heavy water gas cooled reactor SGHWR steam generating HWR Winfrith SGHWR leszerelése Prof. Dr. Aszódi Attila 20

11 Második generációs atomerőművek A jelenleg üzemelő blokkok nagy része Kereskedelmi forgalomban kapható, nagy darabszámú szériák Főleg könnyűvizes blokktípusok ill. nehézvizes reaktorok Első generációs reaktorokból továbbfejlesztve Csak a biztonságos, gazdaságos típusokat tartották meg Bizonyos sztenderdizálás már megfigyelhető, de a blokkok még számos egyedi paraméterrel rendelkeznek Prof. Dr. Aszódi Attila 21 Harmadik generációs atomerőművek Ezek a jelenleg piacra kerülő típusok, a második generációs erőművek továbbfejlesztett változatai. Fejlesztés a második generációs típusokhoz képest: evolúciós és innovatív reaktortípusok Továbbfejlesztés irányai: Gazdasági versenyképesség javítása Nagyobb biztonság Non-proliferációs célok megvalósítása Fenntarthatósági szempontok Továbbfejlesztett építési megoldások, pl. moduláris építés Forrás: titan2.ru Osztrovec, VVER Prof. Dr. Aszódi Attila 22

12 IV. Generációs reaktorok IV.: 2030-tól várható típusok. A biztonság és gazdaságosság terén minden eddigi tapasztalat alapján készített konstrukciók. Céljuk fenntartható energiaforrás biztosítása: villamosenergia- és hőtermelés, tengervíz sótalanítás, illetve a hidrogéntermelésben való részvétel. 23 Prof. Dr. Aszódi Attila Negyedik generációs reaktorok GIF kiválasztott koncepciók Prof. Dr. Aszódi Attila 24 Forrás: GenIV