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: 598x
  • Další články autora

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
  • Nejčtenější

Studentky rozrušila přednáška psycholožky, tři dívky skončily v nemocnici

25. dubna 2024  12:40,  aktualizováno  14:38

Na kutnohorské střední škole zasahovali záchranáři kvůli skupině rozrušených studentek. Dívky...

Podvod století za 2,4 miliardy. Ortinskému hrozí osm let a peněžitý trest 25 milionů

29. dubna 2024  6:21,  aktualizováno  13:19

Luxusní auta, zlaté cihly, diamanty a drahé nemovitosti. To vše si kupoval osmadvacetiletý Jakub...

Rusové hlásí průlom fronty. Ukrajinská minela jim přihrála klíčové město

24. dubna 2024  11:40,  aktualizováno  15:50

Premium Jako „den průlomů“ oslavují ruští vojenští blogeři pondělní události na doněcké frontě, kde se...

Zemřel bývalý místopředseda ODS Miroslav Macek. Bylo mu 79 let

1. května 2024  12:58

Ve věku 79 let zemřel bývalý místopředseda ODS a federální vlády Miroslav Macek, bylo mu 79 let. O...

NATO by Rusy porazilo, Putin má jedinou naději, řekl polský ministr zahraničí

26. dubna 2024  12:04

Rusko by se mělo bát Severoatlantické aliance, protože ho v případě střetu s ní čeká „nevyhnutelná...

Dvacet let dotací z EU. Přinesly zločiny, ale i vlaky, techniku a splavné řeky

2. května 2024

Premium Lázně, které nevznikly a je z nich night club nebo zdvihací most, který se nikdy nezdvihl. Česko...

Rus má imperialistické myšlenky. Ukrajinou nekončí, říká velitel v Donbasu

2. května 2024

Premium Doněcká oblast (od zpravodajů iDNES.cz) Vymlácená okna, ale i celé domy srovnané se zemí. Tak vypadá Doněck a celý průmyslový Donbas....

Zelenskyj odvolal šéfa kybernetické špionáže kvůli skandálu s bytem manželky

1. května 2024  22:26

Ukrajinský prezident Volodymyr Zelenskyj odvolal šéfa kybernetického oddělení tajné služby SBU...

V Břeclavi na chlapce spadla branka, na následky zranění zemřel

1. května 2024

V Břeclavi ve středu v podvečer po úrazu na hřišti zemřel dvanáctiletý chlapec. Policie okolnosti...

Získejte ZDARMA dětskou opalovací kosmetiku Lirene
Získejte ZDARMA dětskou opalovací kosmetiku Lirene

S příjemnými hřejivými pocity ze slunečních paprsků k nám ale míří i nebezpečné UV záření. To na nás působí celoročně, a proto je důležité sebe i...

  • 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