Premium

Získejte všechny články
jen za 89 Kč/měsíc

Lehkovodní reaktory princip činnosti

V minulém článku jsem shrnul historii jaderných reaktorů a jejich rozdělení do generací. V tomto popíšu principy činnosti lehkovodních reaktorů VVER, PWR, BWR

Lehkovodní reaktory patří mezi reaktory, které jsou ve světě zastoupeny v největší míře. Jedná se o lehkovodní tlakovodní reaktory (PWR a VVER) a varné reaktory BWR.

Mezi lehkovodní reaktory se řadí i reaktory našich dvou jaderných elektráren. Jedná se o reaktory VVER-440 a VVER-1000. Plánované rozšíření jaderných elektráren by mělo probíhat s lehkovodními reaktory III+ generace. Je tedy zřejmé, že lehkovodních reaktorů bude zatím pouze přibývat, jelikož výstavba prvního standardního reaktoru IV. generace určeného pro komerční výrobu elektřiny má být zahájena v několika příštích letech.  A než se tato technologie rozšíří ve větší míře a dojde třeba i do Česka, uplyne ještě mnoho let, ale většina zemí plánuje zahájit výstavbu nových bloků do zhruba deseti let.

Mezi nejznámější lehkovodní reaktory patří jistě reaktory VVER, které jsou také přezdívány Voroněžské reaktory podle města ležícího poblíž elektrárny s prvními reaktory tohoto typu. Mezi západní typy PWR reaktorů patří například jaderný reaktor v elektrárně Shippingport, všechny stávající francouzské jaderné elektrárny a většina amerických. Představiteli varných reaktorů je elektrárna Fukušima Dresden a značný počet amerických a japonských jaderných elektráren.

Popis reaktoru

Lehkovodní reaktory jsou reaktory využívající lehkou vodu ke zpomalování (moderování) neutronů na energii 0,0256 eV. Neutronům s touto energií se také často říká tepelné neutrony. Využívá se štěpení uranu 235 ve spektru s vysokým účinným průřezem pro štěpení. Mikroskopický účinný průřez pro štěpení vyjadřuje pravděpodobnost, že přilétávající neutron způsobí rozštěpení jádra. Tímto se lehkovodní reaktory liší od rychlých reaktorů, o kterých jsem psal v minulých článcích. Je tedy jasné, že neutrony v lehkovodních reaktorech musí být zpomalovány. Zpomalování se děje pomocí srážek v materiálu (moderátoru).

Kvalitu moderátoru definujeme pomocí několika parametrů. Jsou to například logaritmický dekrement energie a srážkový parametr. Logaritmický dekrement energie charakterizuje průměrnou energii, kterou neutron ztratí při každé srážce. Mezi nejznámější moderátory patří lehká voda, grafit, beryllium a těžká voda.

Jak již bylo řečeno, probíhá štěpení převážně na uranu 235 a přírodní uran obsahuje jen asi 0,7 % tohoto izotopu. Proto je nutné palivo v lehkovodních elektrárnách obohacovat na vyšší procentuální zastoupení uranu 235. Obohacení paliva se pohybuje od 4 % do 6 %, záleží na typu reaktoru.

V lehkovodních reaktorech je tedy použita lehká voda jako moderátoru i jako chlazení. Lehká voda je vhodný materiál, jelikož dobře známe její fyzikální vlastnosti a umíme s ní dobře počítat, navíc z ekonomických důvodů není příliš nákladná. Samozřejmě je voda upravená, tak aby byla co nejčistší, jedná se o demineralizovanou vodu. Na druhou stranu lehká voda má i své jisté zápory. Mezi největší zápory patří například nutnost mít vysoký tlak v potrubí při vysoké teplotě. Běžně se v lehkovodních elektrárnách dosahuje teplot přes 300 °C, při tlaku až 16 MPa. Tento fakt zvyšuje možnost havárie LOCA, čili prasknutí primárního potrubí.

Jelikož lehkovodní tlakovodní reaktory byly první reaktory, které vznikaly, a to v době Studené války, jsou reaktory PWR a VVER v mnohém odlišné. V první řadě se jedná o rozměry tlakové nádoby reaktoru. Reaktory VVER jsou mnohem užší z důvodu přepravy celého reaktoru po železnici. Elektrárny s reaktory VVER mají parogenerátory v horizontálním položení, což zvětšuje celkový prostor zaujímající primární okruh, proto první typy nedisponovaly ochrannou obálkou (kontejnment). Západní typy elektráren disponují vertikálními parogenerátory, které ovšem nejsou dimenzovány na životnost tlakové nádoby, proto se musejí v průběhu provozu měnit. Další rozdíly jsou například ve vedení kabelů, ovládacích prvcích a mnohém dalším.

Varné reaktory BWR jsou lehkovodní reaktory, které nedisponují parogenerátorem. Pára, pro pohon turbíny se generuje přímo v reaktoru. Výhodou tohoto typu reaktorů je jejich kompaktnost, co se týče reaktoru a jednoduchost konstrukce. Oproti kvůli tomu jsou více kladeny požadavky na těsnost potrubí a turbíny. Vodu vysoké čistoty nelze sice aktivovat, ale nikdy se nám nepodaří vyčistit lehkou vodu tak, aby v ní nebyly žádné částice, které podléhají aktivaci. Takto aktivovaná vodní pára se pak šíří komplexem až do turbíny, a zpět do reaktoru. Proto jsou zde zastoupeny kontrolní prvky v mnohem větší míře, než jsou v tlakovodních reaktorech.

Závěr

Lehkovodní reaktory jsou populární díky dobře zvládnutému termodynamickému cyklu, využívající lehké vody jako média pro chlazení i pro moderaci neutronů.

Motivací pro tento článek bylo připomenout základní principy činnosti lehkovodních reaktorů, a jejich rozdíly mezi sebou. Například rozdělení tlakovodních reaktorů do dvou větví přineslo mnoho užitku. Výzkumy prováděné nezávisle na sobě nám daly dva funkční typy elektráren odlišných vlastností.

Lehkovodní reaktory nás budou jistě provázet i v budoucnosti, kdy se můžeme těšit na reaktory generace III a III+, které přinesou do jaderné energetiky zvýšení bezpečnosti což je velmi důležité pro výstavbu nových bloků, která je plánována v řadě zemí světa. Jedná se i o rozšiřování našich jaderných elektráren, kde se během zrušeného tendru rozhodovalo mezi reaktory MIR. 1200, EPR a AP1000. Očekává se, že pokud ČEZ vypíše nové výběrové řízení, bude seznam zájemců ještě rozšířen. Na jejich srovnání se můžete těšit v budoucích článcích. 
Zdroje: www.atominfo.cz
              http://www.world-nuclear-news.org/
              http://www.westinghousenuclear.com/
              www.iaea.org

Autor: Pavel Suk | sobota 21.11.2015 14:09 | karma článku: 14,93 | přečteno: 597x
  • Další články autora

Pavel Suk

Solné reaktory – řešení energetického problému lidstva?

V minulém článku byly shrnuty základní informace o reaktorech s roztavenými solemi, v následujících odstavcích si můžete přečíst současný vývoj těchto reaktorů, hlavně reaktoru Integral MSR.

7.3.2018 v 16:30 | Karma: 16,92 | Přečteno: 1154x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Solné reaktory - minulost, nebo budoucnost?

Jsou všechny koncepty jaderných reaktorů podobné tlakovodním reaktorům? Může být jaderné palivo v tekuté formě? Historii i princip fungování solných reaktorů si můžete přečíst v následujícím článku.

6.3.2018 v 18:50 | Karma: 22,51 | Přečteno: 1381x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

NUSIM2017: Zachování know-how jako klíčová dovednost pro existenci jadrných elektráren?

Nábor nových pracovníků Slovenských elektráren a skupiny ČEZ není jednoduchá práce. Řešení a názory jak personalistů, tak vědeckých odborníků si můžete přečíst v následujícím článku, na závěr pohled analytika z Jobs.cz

5.12.2017 v 20:51 | Karma: 10,91 | Přečteno: 442x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

NUSIM2017: Role design authority a zvládání těžkých havárií na jaderných elektrárnách

V druhé části konference NUSIM byly řešeny problémy design authority s hlavním tématem udržení plánů jaderných elektráren ve shodě s projektem, a také bezpečnostní systémy pro reaktory generace II ke zvládání těžkých havárií.

5.12.2017 v 18:19 | Karma: 11,08 | Přečteno: 189x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Zkušenosti z provozu českých a Slovenských jaderných elektráren se zaměřením na bezpečnost

Letošní konference NUSIM2017 byla vskutku bohatá a hlavní témata, kterých se týkala, byla: bezpečnost provozu JE a lidské zdroje. Úvodních slov konference se chopili prezidenti ČNS a SNUS, Daneš Burket a Vladimír Slugeň.

4.12.2017 v 14:10 | Karma: 12,38 | Přečteno: 417x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Malé modulární reaktory, část II

V tomto článku poskytnu výčet dalších konceptů, které jsou „na papíře“, v licenčním řízení, či dokonce ve výstavbě, jako například plovoucí elektrárna Akademik Lomonosov se dvěma reaktory KLT-40S.

28.11.2017 v 23:50 | Karma: 16,56 | Přečteno: 738x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Malé modulární reaktory, část I

Modulární reaktory jsou novým trendem na poli jaderné energetiky. Přesto, že se tento fenomén teprve rozrůstá, může v budoucnu přinést zajímavé informace a provozní zkušenosti. V následujících článcích shrnu základy SMR reaktorů.

28.11.2017 v 21:46 | Karma: 15,50 | Přečteno: 552x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Mochovce – jaderná elektrárna, nebo past na peníze

Dnešní článek bude věnován slovenské jaderné elektrárně Mochovce, která je ve výstavbě již od roku 1981. Podle plánů měly být v komplexu 4 jaderné reaktory VVER-440 ale během let došlo k událostem, které vedly ke zpoždění výstavby

18.10.2017 v 20:02 | Karma: 13,74 | Přečteno: 962x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Zážitky z exkurze do Spojeného ústavu jaderných výzkumů část III

V minulém díle byla představena Frankova laboratoř neutronové fyziky, v následujícím bude shrnuto využití reaktoru IBR-2. Dále pak poslední laboratoře z exkurze v SUJV jako laboratoř jaderných, zabývající se projektem Gigatone

5.10.2017 v 18:56 | Karma: 10,81 | Přečteno: 263x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Zážitky z exkurze do Spojeného ústavu jaderných výzkumů část II

V minulém článku jste se dozvěděli o Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně, zejména o laboratoři pro studium vysokých energií. Následující je zaměřen na laboratoře jaderných reakcí a neutronové fyziky s reaktorem IBR-2

5.10.2017 v 15:58 | Karma: 11,47 | Přečteno: 274x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Zážitky z exkurze do Spojeného ústavu jaderných výzkumů část I

Většina čtenářů zajímajících se o fyziku elementárních částic jistě zná vědecký komplex CERN. Málokdo ale ví, že přibližně 100 km severně od Moskvy jsou vystavěny vědeckovýzkumné laboratoře.zabývající se podobnými problémy

4.10.2017 v 20:51 | Karma: 12,17 | Přečteno: 345x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Spojené státy a jejich problémy s jádrem část II

V minulém příspěvku byly shrnuty základní příčiny úpadku jaderného programu ve Spojených státech, v dnešním článku si můžete přečíst, jakým způsobem by USA mohla tyto problémy překonat a dostat se opět do čela jaderného programu.

8.8.2017 v 8:45 | Karma: 15,38 | Přečteno: 549x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Spojené státy a jejich problémy s jádrem část I

Spojené státy, dříve velmi silná mocnost v jaderném průmyslu, ztratila krok s ostatními jadernými velmocemi. Jaké jsou důvody tohoto sestupu? Přetrvává možnost, aby si znovu vydobyla první příčky?

7.8.2017 v 23:25 | Karma: 18,95 | Přečteno: 703x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Novovoroněžská II, zážitky z exkurze na elektrárně, pokračování

Pokračování reportáže o Novovoroněžské elektrárně, kde jsem byl v dubni na exkurzi. V následujícím článku se dočtete zejména o výstavbě 7. bloku a komplexnosti systému Multi-D, o výcviku obsluhy a monitoringu životního prostředí

6.5.2017 v 14:12 | Karma: 15,85 | Přečteno: 552x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Novovoroněžská II, zážitky z exkurze na elektrárně

V dubnu 2017 jsem měl možnost navštívit první komerční jaderný blok generace III+. Jedná se o 6. blok komplexu Novovoroněžská JE (také znám jako 1. blok Novovoroněžské JE-II), kde také probíhá výsvýstavba dalšího bloku VVER-1200.

6.5.2017 v 12:52 | Karma: 19,86 | Přečteno: 442x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Stuxnet – vir který napadl íránský jaderný program

Bezpečnost jaderných zařízení hraje klíčovou roli v otázce jejich provozu, ne vždy jde však o bezpečnost fyzických systémů, bezpečnost je třeba zajistit také počítačovým systémům, které se mohou stát terčem hackerů.

10.4.2017 v 19:58 | Karma: 13,46 | Přečteno: 957x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Tchien-wan

Dnešní článek popíše jednu z nejbezpečnějších tlakovodních jaderných elektráren. Jedná se o čínskou Tchien-wan (pchin-jin: Tianwan), která se ve své kategorii pyšní několika nadstandardními bezpečnostními prvky.

9.4.2017 v 9:51 | Karma: 13,07 | Přečteno: 310x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Jaderná elektrárna Kudankulam

Další článek je věnován indické jaderné elektrárně Kudankulam, která se pyšní svými vylepšeními oproti klasickým jaderným elektrárnám generace II.

24.3.2017 v 7:02 | Karma: 16,07 | Přečteno: 492x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Rovnocenné podmínky pro různé zdroje energie?

Jednotlivé zdroje energie mají různé zastoupení a různou podporu jak u obyvatel, tak u státu. Vezmeme-li například pořizovací ceny, jaderné zdroje velmi zaostávají za fosilními, se kterými je lze co do charakteru výroby srovnávat.

23.3.2017 v 15:06 | Karma: 14,66 | Přečteno: 233x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Búšehr, íránská jaderná elektrárna

Jaderná elektrárna Búšehr je zatím jedinou íránskou jadernou elektrárnou a prozatím je zde v provozu pouze jeden blok VVER-1000.

5.3.2017 v 14:38 | Karma: 14,29 | Přečteno: 534x | Diskuse| Věda
  • Počet článků 59
  • Celková karma 0
  • Průměrná čtenost 669x
Jmenuji se Pavel Suk, je mi 24 let, studuji ČVUT, fakultu jadernou a fyzikálně inženýrskou, studijní obor Jaderné inženýrství.

Seznam rubrik