Rdzeń reaktora jądrowego

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Rdzeń małego reaktora używanego do badań

Rdzeń reaktora jądrowego – zasadnicza część reaktora, w której następują przemiany jądrowe, będące źródłem energii w formie promieniowania oraz ciepła.

Rdzeń zawiera następujące elementy:

Zasada pracy[edytuj | edytuj kod]

W prętach paliwowych, w których znajduje się uran lub inny pierwiastek rozszczepialny zachodzą reakcje jądrowe:

  • rozszczepienie spontaniczne jąder atomowych inicjujące reakcję rozszczepienia wymuszonego,
  • rozszczepienie wymuszone jąder atomów pod wpływem neutronów,
  • przekształcanie się fragmentów jąder powstałych w wyniku rozszczepienia na jądra atomowe w stanie podstawowym,
  • rozpad promieniotwórczy powstałych nietrwałych jąder atomowych,
  • emisja (głównie neutronów) wymuszona zderzeniami jąder atomowych z wysokoenergetycznymi produktami rozpadu,
  • pochłanianie neutronów zarówno przez jądra paliwa, jak i powstałe w reakcji rozszczepienia jądra, w wyniku czego mogą powstawać jądra rozszczepialne,
  • rozpad promieniotwórczy radionuklidów, będących kolejnymi produktami rozpadu uranu (zgodnie z szeregiem promieniotwórczym), w zasadzie do pominięcia,

Reakcje te powodują wydzielanie energii w formie promieniowania gamma oraz energii kinetycznej produktów rozpadu. Energie te przekształcają się w energię cieplną, której ilość może być oszacowana na podstawie deficytu masy.

W wyniku pojedynczego rozszczepienia atomu uranu powstają 2–3 wolne neutrony o dużej energii, w reaktorach opartych na neutronach termicznych neutrony te są spowalniane przez moderator. Neutrony te mogą inicjować kolejne rozszczepienia atomów pierwiastka rozszczepialnego, tworząc tym samym reakcję łańcuchową. Średnią ilość neutronów termicznych uzyskiwanych w wyniku procesów w reaktorze z jednego neutronu nazywa się współczynnikiem mnożenia reaktora. Współczynnik ten opisuje czy reakcja w rdzeniu narasta czy też wygasa.

Za pomocą prętów kontrolnych, zbudowanych z substancji pochłaniających neutrony (cyrkon, hafn) steruje się szybkością takiej reakcji, a więc pośrednio szybkością wydzielania się ciepła.

Chłodziwo, pełniące w niektórych konstrukcjach jednocześnie rolę moderatora odbiera wydzielające się ciepło bezpośrednio z rdzenia i umożliwia przekazanie na zewnątrz reaktora atomowego, które następnie wykonuje pracę użytkową (np. napęd turbiny elektrycznej).

Bezpieczeństwo[edytuj | edytuj kod]

W wyniku małego wzbogacenia uranu nie jest możliwa eksplozja jądrowa rdzenia czy samego reaktora w wyniku np. błędu obsługi, wady konstrukcyjnej czy sabotażu.

W przypadku jakiegokolwiek odstępstwa od nominalnej pracy reaktora, stosuje się do awaryjnego wyłączania reaktora pręty awaryjne. Pręty te wykonane są z materiałów silnie pochłaniających neutrony lub (w nowszych rozwiązaniach) z materiałów słabiej pochłaniających neutrony, lecz rozmieszczonych w rdzeniu w zoptymalizowany sposób. Po wsunięciu (lub najczęściej zrzuceniu z elektromagnetycznych zaczepów) prętów awaryjnych do rdzenia reaktora, ustają w nim reakcje rozczepień wymuszonych. Odrębną sprawę stanowi natomiast chłodzenie rdzenia reaktora. Awaryjne zatrzymanie reaktora nie powoduje natychmiastowego zaprzestania wydzielania ciepła. Zwykle po wyłączeniu moc reaktora spada po minucie do 7 procent, a po godzinie do 1 procenta. W związku z tym przez kilka/kilkanaście godzin po wyłączeniu musi być zapewniony obieg chłodziwa. Współczesne reaktory buduje się w taki sposób by nawet w przypadku poważnych awarii w systemie chłodzenia zapewniać oddawanie ciepła poprzez systemy pomocnicze lub tzw. pasywne systemy bezpieczeństwa. W tym ostatnim przypadku konstrukcja reaktora umożliwia samowychładzanie rdzenia bez zasilania elektrycznego systemu bezpieczeństwa[1]. W bombie atomowej moc niszcząca wynika z wydzielenia ogromnych ilości energii w bardzo krótkim czasie (poniżej 1 ms), co powoduje wzrost temperatury powietrza nawet do 100 milionów stopni Celsjusza, co wywołuje gwałtowny wzrost ciśnienia rozchodzący się jako fala uderzeniowa.

Wzrost temperatury rdzenia nie jest aż tak spektakularny – potencjalnie istnieje możliwość stopienia rdzenia i przetopienia się do warstw gruntowych w przypadku reaktorów starszej generacji. Do stopienia się reaktora doszło w historii cywilnej energetyki jądrowej dwukrotnie: w elektrowni Three Mile Island w 1979 (częściowe stopienie rdzenia) i w 1986 w elektrowni w Czarnobylu, jednakże elementy roztopionego rdzenia nie przeniknęły do podłoża. Konstrukcje reaktorów najnowszej (III) generacji wykluczają taką możliwość.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

WiktionaryPl nodesc.svg
Zobacz hasło rdzeń w Wikisłowniku

Przypisy

  1. Andrzej Strupczewski: Ochrona przed zagrożeniami po awariach w elektrowniach jądrowych. 2005. [dostęp 2012-08-20].