Budowa i działanie elektrowni jądrowej oraz rodzaje reaktorów

Wbrew pozorom, działanie elektrowni atomowej nie jest bardziej skomplikowane od działania elektrowni opalanej węglem. Główna różnica pomiędzy tymi dwoma typami elektrowni polega na sposobie wytworzenia ciepła. W elektrowni węglowej ciepło powstaje w wyniku spalenia węgla, natomiast w elektrowni jądrowej – ciepło to produkt rozszczepienia jąder uranu zachodzącego w reaktorze.

Rozszczepienie to reakcja, która polega na przemianie jednego jądra w dwa (czasem więcej) innne jądra, o mniejszej liczbie atomowej. Kluczowy jest fakt, że masa powstałych fragmentów jest mniejsza niż pierwotna masa jądra. Masa, która pozornie „zniknęła” została zamieniona w energię, zgodnie ze znanym wzorem Einsteina E=mc^2.

Jak dochodzi do tej reakcji? Gdy atomy uranu, składające się z jądra i krążących wokół niego elektronów zostaną bombardowane neutronami, jądro uranu zostaje wprowadzone w stan wzbudzony. Protony (czyli cząstki o ładunku dodatnim), które się od siebie odpychają, znajdujące się w jego jądrze z trudem są utrzymywane przez siły jądrowe.

Do rozbicia takiego jądra wystarczy niewielka energia padającego neutronu. Podczas rozszczepienia jąder atomowych uranu wyzwalana jest energia dziesiątki milionów razy większa niż przy reakcjach chemicznych. Energia powstała w wyniku reakcji rozszczepienia podgrzewa wodę, zamieniając ją w parę wodną, a ta porusza turbiny napędzające generatory.Poniżej uproszczony schemat elektrowni jądrowej z reaktorem PWR – obecnie najczęściej stosowanym:

 

Źródło: Wikipedia Rys. English Wikipedia Animated Diagram of a Pressurized Water Reactor.

 

W reaktorze zachodzi reakcja rozszczepienia, która uwalnia ogromne ilości energii cieplnej. W obiegu pierwotnym płynie woda odbierająca  ciepło, powstałe w reaktorze. Woda z obiegu pierwotnego przenosi ciepło do wytwornicy pary. Tam powstaje para wodna, która obiegiem wtórnym jest transportowana do turbiny. Para napędza turbinę, a ta generator energii. W generatorze energia mechaniczna turbiny jest zamieniana na energię elektryczną. W kondenserze para napływająca z turbiny się ochładza. Para jest zamieniana na wodę, która wraca do reaktora. Trzecim obiegiem płynie woda chłodząca, która w kondenserze odbiera ciepło od pary wodnej. W wieży chłodniczej przy pomocy powietrza ochładza się woda z trzeciego obiegu. Do atmosfery z wieży chłodniczej wydostaje się czysta para wodna.


Rodzaje reaktorów


Podstawowy podział reaktorów jądrowych, ze względu na ich konstrukcję to:

 

 


Powyższy podział reaktorów, biorący pod uwagę ich konstrukcję nie jest jedyny. Reaktory można podzielić również uwzględniając m.in. rodzaj zastosowanego moderatora i chłodziwa (wodne, ciężkowodne, gazowe, sodowe, helowe, itd.), system odprowadzania ciepła (jednoobiegowy, dwuobiegowy, trójobiegowy) lub ze względu na rodzaj zastosowanego paliwa (uranowe, plutonowe, uranowo-plutonowe, torowe).



Źródło: http://www.elektrownia-jadrowa.pl/
21.01.10