ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΠΥΡΗΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΕΣ ΙΣΧΥΟΣ. Ιωάννης Α. Παπάζογλου. ιαφάνειες Τοµέας Πυρηνικής Τεχνολογίας ΑΠΘ ΘΕΡΙΝΟ ΣΧΟΛΕΙΟ 2005

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΡΕΥΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΗΜΟΚΡΙΤΟΣ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΚΤΙΝΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΠΥΡΗΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΕΣ ΙΣΧΥΟΣ Ιωάννης Α. Παπάζογλου ιαφάνειες Τοµέας Πυρηνικής Τεχνολογίας ΑΠΘ ΘΕΡΙΝΟ ΣΧΟΛΕΙΟ 2005 ΑΓΙΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΙΟΥΛΙΟΥ 2005

2 ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ηενέργειαπου παράγεται στους Πυρηνικούς Αντιδραστήρες οφείλεται στο φαινόµενο της σχάσης

3 ΚΥΚΛΟΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Εξώρυξη του ορυκτού που περιέχει το UO 2 ιαχωρισµός του οξειδίου του ουρανίου από το υπόλοιπο ορυκτό (κίτρινο κέικ) Εµπλουτισµός του ουρανίου Κατασκευή των ράβδων καυσίµου Παραγωγή ενέργειας στον ΠΑ Απόσυρση-ανακύκλωση-απόβλητα

4 ΕΞΩΡΥΞΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Ουράνιο βρίσκεται σε σχετική αφθονία (1000 φορές σε σύγκριση µε τον χρυσό) Οικονοµικά εκµεταλλεύσιµα Αυστραλία-Καναδά Καζακστάν 1-10 kg U ανά τόνο Ορυκτού τόνοι Ουρανίου παράγονται ετησίως

5 ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ ιαχωρισµός του οξειδίου του ουρανίου από το υπόλοιπο ορυκτό Από 0.5% συγκέντρωση ουρανίου ανά τόνο ορυκτού σε 75% Ακολούθως µετατροπή του σε UF 6

6 ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟΣ U-235 σχάσιµο υλικό 0.7% στοφυσικόουράνιο Οι περισσότεροι αντιδραστήρες χρησιµοποιούν καύσιµο ουράνιο µε περιεκτικότητα σε U-235 3%-5% Απαιτείται εµπλουτισµός ε = Ν u-235 / (Ν u Ν u-238 ) O σύνηθης µηχανισµός εµπλουτισµού είναι η µοριακή διάχυση

7 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΙΣΚΙΩΝ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Το UF 6 µετατρέπεται σε UΟ 2 (µαύρη πούδρα). Ακολούθως η πούδρα συµπιέζεται σε µικρά δισκία τα οποία θερµαίνονται σε πολύ υψηλές θερµοκρασίες. Τα κυλινδρικά δισκία έχουν διάµετρο 1 cm, ύψος 1 cm και βάρος 7 g

8 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΡΑΒ ΩΝ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Τα δισκία τοποθετούνται σε ράβδους κράµατος ζιρκονίου µήκους περίπου 4 µέτρων. Οι ράβδοι συναρµολογούνται και στερεώνονται σε ενιαίο συγκρότηµα που ονοµάζεται συστάδα καυσίµου Σε πυρηνικό αντιδραστήρα PWR 900 MW το καύσιµο αποτελείται από 157 συστάδες. Κάθε συστάδα περιέχει 264 ράβδους και κάθε ράβδος περιέχει 272 δισκία

9 ΠΥΡΗΝΙΚΟΙ ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΕΣ 437 Πυρηνικοί Αντιδραστήρες Ισχύος σε 32 χώρες. 17% της Ηλεκτρικής Ενέργειας 13 τύποι αντιδραστήρων ισχύος

10 ΤΥΠΟΙ ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΕΣ ΘΕΡΜΙΚΟΙ ΤΑΧΕΙΣ Υ ΡΟΨΥΚΤΟΙ ΑΕΡΟΨΥΚΤΟΙ LMFBR LWRs HWRs AGR HTGR PWR BWR CANDU

11 Υ ΡΟΨΥΚΤΟΙ ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΕΣ LWRs - Ψυκτικό νερό Ισχυρός επιβραδυντής µικρός όγκος υποβρύχια Χαµηλό κόστος Μεγάλη σ α εµπλουτισµός κόστος καυσίµου Ευκολία µετάβασης από υγρή σε αέρια φάση

12 ΤΥΠΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ PWR Καύσιµο εµπλουτισµένο ουράνιο 3-4% η οξείδιο πλουτωνίου-ουρανίου ΜΟx. Μάζα καυσίµου περίπου 100 τόνοι. Επιβραδυντής και ψυκτικό ελαφρύ νερό Ηλεκτρική ισχύς σταθµού MW και απόδοση 32% Καρδιά, διάµετρος και ύψος περίπου 3.5 µέτρα. Πίεση 15.5 Mpa Ψυκτικό υπό πίεση. Θερµοκρασία εξόδου 329 βαθµοί

13 ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΑΣ PWR

14 ΟΧΕΙΟ ΠΙΕΣΗΣ

15 ΡΥΘΜΙΣΤΗΣ ΠΙΕΣΗΣ

16 ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

17 ΣΤΡΟΒΙΛΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ

18 ΠΥΡΓΟΙ ΨΥΞΗΣ

19 ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΕΓΚΛΩΒΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΡΑ ΙΕΝΕΡΓΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ

20 ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ-LOCA Περιγραφή: απώλεια ψυκτικού Αίτιο: µεγάλη θραύση Σύστηµα σωληνώσεων οχείο πίεσης Απότοµη πτώση πίεσης-ατµοποίηση Αντιµετώπιση Βύθιση όλων ράβδων ελέγχου ιακοπή λειτουργίας Σύστηµα έκτακτηςψύξης(eccs)-ψυχρό νερόβορικό οξύ

21 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BWR Άµεσο κύκλο e=3,4% T i =288 C C x =15% Πίεση 70 atm Καύσιµο UO 2 Συστάδα 748 ράβδων, σύνολο ράβδων 46376, συνολικό βάρος 155 t Απόδοση σταθµού 34%

22 ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΑΣ BWR

23 CANDU Έµµεσου κύκλου Ψυκτικό D 2 O p=100 atm Τ=267 C 312 C Επιβραδυντής D 2 O p=1 atm T=10 C Οριζόντια κανάλια ψυκτικού, καθένα στο δικό του δοχείο πίεσης Μικρή διάµετρος δοχείου πίεσης (2,5 cm)- αντοχή-συνέπειες θραύσης µικρότερες Αντικατάσταση καυσίµου εν λειτουργία Απόδοση σταθµού 28%

24 ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡAΣ CANDU

25 ΑΝΕΦΟ ΙΑΣΜΟΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ

26 ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ VVER

27 KOZLODUY 200 km βορειοδυτικά της Σόφιας 6 µονάδες (2 των 1000 MW και 4 των 400 ΜW

28 RMBK Επιβραδυντής γραφίτης Ψυκτικό νερό Καύσιµο e=1,8% Πλεονέκτηµα : πολλαπλοί σωλήνες πίεσης

29 CHERNOBYL

30 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Συνεχής Λειτουργία Κόστος κατασκευής έκθεση εργαζοµένων Περίβληµα Κόστος λειτουργίας CANDU,RBMK BWR PWR CANDU,PWR,BWR PWR,BWR,CANDU

31 ΑΠΟΣΥΡΣΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ

32 ΠΡΟΣΩΡΙΝΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ

33 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ-ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ

34 ΑΠΟΒΛΗΤΑ Σε κιλά ανά κάτοικο (Γαλλία ) Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από πυρηνική (πάνω από 75%)

35 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΠΥΡΗΝΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ χαµηλής ή µέσης ραδιενέργειας και χρόνο ηµιζωής µικρότερο των 30 ετών 90 % χαµηλής ή µέσης ραδιενέργειας και χρόνο ηµιζωής µεγαλύτερο των 30 ετών 9.5 % Απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας και χρόνο ηµιζωής µεγαλύτερο των 30 ετών 0.5 %

36 ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ τα χαµηλής και µέσης ραδιενέργειας απόβλητα τοποθετούνται σε ειδικά δοχεία και φυλλάσονται σε ειδικές εγκαταστάσεις υπέργειες η υπόγειες Τα υψηλής ραδιενέργειας απόβλητα αφού «υαλοποιηθούν» θα τοποθετηθούν τελικά σε ειδικούς υπόγειους επιλεγµένους χώρους

37 Τέσσερα Κριτήρια Οικονοµία Ασφάλεια Περιβάλλον Ραδιενεργά Κατάλοιπα ιασπορά Πυρηνικών Όπλων

38 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Υπάρχουν πάρα πολλές διευθύνσεις στο δίκτυο σχετικές µε την πυρηνική τεχνολογία. Για εκπαιδευτικούς λόγους η πλέον ενδιαφέρουσα (µε πολλέςπαραποµπές σε άλλες διευθύνσεις ) είναι η