Elektrownia i reaktor - strefaczarnobyl

Idź do spisu treści

Menu główne:

Elektrownia i reaktor


Elektrownia atomowa w Czarnobylu leży na terytorium Ukrainy, ok. 16 km od granicy ukraińsko-białoruskiej i około 110 km od stolicy kraju: Kijowa.
Budowa elektrowni rozpoczęła się w latach 70-ych XX wieku. W chwili awarii elektrownia posiadała 4 czynne reaktory typu RBMK-1000. Plany rozbudowy zakładał wybudowanie kolejnych ośmiu, co miało dać liczbę 12. Każdy z reaktorów dysponował mocą 1 GW.

Daty uruchomienia kolejnych reaktorów:
- reaktor nr 1 - 1977 r
- reaktor nr 2 - 1978 r
- reaktor nr 3 - 1981 r
- reaktor nr 4 - 1983 r
- reaktor nr 5 - budowa niedokończona
- reaktor nr 6 - budowa niedokończona


Reaktory typu RBMK-1000 (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj, Reaktor Kanałowy Wielkiej Mocy), lekkowodne (chłodzone zwykłą wodą) i moderowane grafitem (stosowanym do spowolnienia neutronów), miały charakterystyczną cechę - działały niestabilnie przy małej mocy. Już wtedy miały one opinię jednych z najniebezpieczniejszych reaktorów na świecie, brakowało im wzmacnianej betonowej osłony, która była standardem w innych krajach, natomiast rdzeń wypełniał palny grafit. Sam reaktor był konstrukcją o skomplikowanym sterowaniu i obsłudze. Ciekawostką jest, że RBMK-1000 jako jedyne umożliwiały wymianę poszczególnych prętów paliwowych w trakcie pracy.

Cechą szczególną reaktorów typu RBMK jest to, że woda służy w nich wyłącznie jako chłodziwo, a spowalniania neutronów dokonuje się wykorzystując grafit. Przykładowo, w reaktorach PWR, rdzeń zanurzony jest w wysokociśnieniowym zbiorniku z wodą, częściowe odparowanie wody powoduje niedostateczne spowalnianie neutronów i moc reaktora PWR samoczynnie maleje. W wypadku reaktora RBMK w przypadku utraty wody chłodzącej zaczyna on pracować niestabilnie zwiększając przy tym swoją moc, ponieważ mniej jest wtedy wody pochłaniającej pewną część neutronów podtrzymujących reakcję rozszczepienia, a spowolnienie neutronów i tak zachodzi skutecznie na graficie, jest to tzw. dodatni współczynnik reaktywności.
Inną negatywną cechą reaktorów RBMK-1000 jest konstrukcja prętów kontrolnych. Zawierają absorbujący neutrony węglik boru. Pręty mają końce wykonane z grafitu, by dzięki mniejszemu tarciu lepiej przechodziły przez kanały w jądrze reaktora. Grafitowa końcówka wymaga stosunkowo powolnego ich opuszczania, do 20 sekund dla całej drogi, a ponadto w początkowej fazie dodatkowa ilość grafitu zawarta w prętach, spowalnia jeszcze więcej neutronów. Przyspiesza to reakcję łańcuchową. Fakt ten powoduje, iż próbując spowolnić reakcję, zwiększa się jej moc.

Reaktory RBMK mimo swych wad miały też istotne zalety, które były wysoko cenione. Cechowały je łatwość przeładunku paliwa w czasie normalnej pracy reaktora, a także wysoka efektywność pracy reaktora w różnych warunkach. Do bardzo istotnych cech należała także modułowość budowy, co pozwalało na łatwe zestawianie modułów przy rozbudowie reaktora.
Jednakże głównymi powodami, dla których zdecydowano się na wykorzystywanie właśnie tych reaktorów były: niska cena oraz łatwość wytworzenia plutonu-239, który jest używany do celów militarnych. Te właśnie zalety miały wpływ decydujący na korzystanie z typu reaktórów, który nawet w ZSRR był uważany za niebezpieczny.





Czym jest reaktor? Jest to urządzenie do przeprowadzania z określoną, kontrolowaną szybkością reakcję rozszczepienia jąder atomowych. Reakcja taka ma przebieg lawinowy, tzn. jedna inicjuje następne. W celu kontrolowania szybkości reakcji tak by przebiegała z jednakową prędkością (mówimy że ma ona przebieg łańcuchowy tzn. jedno rozszczepienie inicjuje następne rozszczepienie jądra atomowego) wprowadza się do reaktora substancje pochłaniające neutrony, które umieszczone są w prętach regulacyjnych.

We wszystkich wodnych reaktorach paliwo jądrowe stanowi wzbogacony uran. Wzbogacenie polega na zwiększeniu zawartości rozszczepialnego U-235 z około 0,7% do około 3-5%.

Zasada działania
Energia rozszczepienia wzbogaconego uranu daje ciepło, które pobrane w reaktorze, zostaje oddane w wymienniku ciepła wodzie obiegu wtórnego lub wodzie w wytwornicy pary, która z kolei zasila turbogenerator. Ciepło pary wodnej po przejściu przez turbinę jest stosunkowo duże, stąd często wykorzystuje się je do celów grzewczych np. w elektrociepłowniach. Po przejściu przez turbinę para jest chłodzona i skroplona wraca do wytwornicy pary.

Ciepło uzyskuje się z kontrolowanej reakcji łańcuchowej rozszczepienia jąder atomów paliwa, np.: uranu-235, przy udziale wodnego, grafitowego lub berylowego moderatora spowalniającego powstałe neutrony, dzięki czemu zwiększa się prawdopodobieństwo zainicjowania przez nie kolejnej reakcji rozszczepienia. Przebieg reakcji reguluje się przez wsuwanie lub wyciąganie z rdzenia (zawierającego paliwo jądrowe) tzw. prętów sterujących, wykonanych z materiałów pochłaniających neutrony (izotopy boru lub kadmu). Przez rdzeń przepływa chłodziwo, które chłodząc go, samo silnie się nagrzewa. Woda jest bardzo dobrym chłodziwem z uwagi na jej duże ciepło właściwe, ale musi być utrzymana pod dużym ciśnieniem dla uniknięcia wrzenia w temperaturze rzędu kilkuset stopni Celsjusza.

Budowa reaktora
Na Zachodzie każdy rdzeń reaktora chroniony jest przez obudowę bezpieczeństwa, której w przypadu RBMK-1000 nie stosowano. Reakor umieszczono w betonowej studni o wymiarach 21,6 na 21,6 na 25,5 m. Rdzeń stanowi 1661 bloków grafitowych o przekroju kwadratu o boku 250 mm, z pionowymi otworami na kanały paliwowe. Przewodność ciepła między blokami jest wzmocniona poprzez mieszaninę helu i azotu, wprowadzaną w przestrzeń pomiędzy nimi. Rdzeń otoczony jest warstwą grafitu o grubości 500-800 mm, spełniającą funkcję reflektora neutronów i pierwszej bariery ochronnej. Poza tym, całość jest oddzielona od środowiska zewnętrznego pierścieniowym zbiornikiem wodnym o grubości 1,2 metrów, dwumetrową ścianą betonową a z góry i z dołu płytami stalowymi o grubości 200-250mm.
Kanały paliwowe konstruuje się z rur ze stali nierdzewnej posiadających średnicę 88 mm, a ich główną część, która przechodzi przez grafit - ze stopu niobu i cyrkonu. Każdy kanał był chłodzony indywidualnie i w każdym z nich wrzała osobna porcja wody ogrzewanej do temperatury 290 °C. Wewnątrz nich umieszczone są dwa zestawy paliwowe o wysokości 3650 mm po 18 prętów każdy. Pojedynczy pręt paliwowy to rurka cyrkonowo-niobowa o średnicy 13,6 mm i grubości 0,9 mm, wypełniona pastylkami paliwowymi o grubośści 15 mm z dwutlenku uranu, minimalnie wzbogaconego do 1,8%. Całkowita masa paliwa wynosi 190 t. Czas przebywania pręta w reaktorze wynosi około 3 lata, a ich przeładunek może przebiegać podczas normalnej pracy reaktora co jest cechą charakterystyczną wyłącznie dla RBMK-1000.
Rdzeń wyposażony jest w 211 prętów kontrolnych wykonanych z węgliku boru. Umożliwiających one kontrolę mocy reakcji. Kilkanaście mniejszych prętów wsuwanych od spodu ma za zadanie odpowiednio rozprowadzać energię po rdzeniu, zaś główne pręty wprowadzane są od góry. Część z nich jest sterowana automatycznie, natomiast część ręcznie, a pozostała reszta - awaryjnie, aktywowana tylko poprzez przełącznik AZ-5. W razie odchylenia od normalnych parametrów, np. skoku mocy, pręty mogą zostać opuszczone w celu zmniejszenia lub zaprzestania aktywności reaktora. Zazwyczaj podczas normalnej pracy część prętów jest na stałe wsuniętych do rdzenia. Nie ma takiej możliwości w reaktorach PWR.
Blok pracuje z jednym obiegiem technologicznym, ale w osobnych, dwóch systemach chłodzenia. W kanałach paliwowych woda pod ciśnieniem odbiera większość ciepła wygenerowanego w trakcie reakcji. Jej część odparowuje, a w separatorach następuje oddzielenie wody z mieszaniny parowo-wodnej wychodzącej z reaktora. Para nasycona, którą się w ten sposób uzyskuje posiada temp. 284 °C i ciśnienie 6,5 MPa, doprowadzana jest do dwóch turbogeneratorów. Każdy z nich ma po 500 MW. Skroplona w kondensatorze kierowana jest z powrotem do reaktora. Rdzeń jest wyposażony w układ awaryjnego chłodzenia reaktora, uruchamiany, jeśli obieg chłodziwa zostanie poważnie zaburzony. Reaktory pracują w wieloblokowych elektrowniach, po 2-6 bloków.





 
Wróć do spisu treści | Wróć do menu głównego