PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

Transkriptio

1 PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016 Prof. Filip Tuomisto Voimalaitostyypit, torstai

2 Päivän aiheet Ydinvoimalaitosten perusteita Suomen ydinvoimalaitostyypit Mitä muita on? Pohditaan taas vähän

3

4 Parempi kuva lauhdutusvoimalaitoksesta

5 Parempi kuva ydinvoimalaitoksesta

6 Ydinvoimalaitoksen rakenne Lämmönlähde reaktorin sydämessä paineastiassa Ketjureaktio / fissioteho polttoaineessa Säätösauvat ketjureaktion säätämiseksi Vesi neutronien hidasteena eli moderaattorina ja jäähdytteenä optimaalisesti vuorotellen polttoaineen kanssa Tämä optimi hidastamis- ja jäähdyttämisprosesseille sama vain LWR- eli kevytvesireaktoreissa Voidaan rakentaa kompakti sydän, mikä on yksi syy sille, että ne ovat maailman yleisimpiä reaktoreita Suomen kaikki reaktorit LWR-tyyppisiä

7 BWR, osa I

8 BWR, osa II Kiehutusvesireaktorissa (BWR) vesi kiehuu sydämessä, höyry kuljetetaan suoraan paineastiasta putkissa turbiinille säätösauvat alhaalta! Reaktorin paine ~70 bar, jäähdytteen lämpötila sisäänmennessä ~190 C, tuorehöyry ~290 C Primääriveteen kertyy aktivoitumisen kautta radioaktiivisia aineita (mm. korroosiotuotteita), jotka on puhdistettava pois Höyryyn ei kiehuessa siirry juuri mitään vieraita aineita, joten BWR:n turbiini ei likaannu, vaikka siinä kulkee primaaripiirin höyryä Veden happi aktivoituu lyhytikäiseksi (T 1/2 = 7 s) typpiisotoopiksi, joka tuottaa hyvin läpitunkevaa gamma-säteilyä (6-7 MeV), joten BWR:n turbiini on säteilysuojattava käytön aikana

9 PWR, osa I

10 PWR, osa II Kaksi vesikiertoa: primääri- ja sekundääripiiri Vesi ei kiehu reaktorissa! Säätösauvat ylhäältä! (painovoima auttaa jos on tarvis) Painevesireaktorin primääripiirin kuumempi vesi saa alemmassa paineessa olevan sekundääripiirin veden kiehumaan höyryksi, vaikka sekundääripiirin vesi ei kuumene yhtä kuumaksi kuin primääripiirin vesi Radioaktiiviset aineet eivät pääse piiristä seuraavaan Primääripiirin paine ~120 bar, sekundääripiiin ~70 bar Jäähdytteen lämpötila C

11 Loviisa I&II, Olkiluoto I&II

12 Olkiluoto 3 (EPR) Hieman korkeampi jäähdytteen lämpötila ja primääripiirin paine kuin Loviisan laitoksissa (~150 bar, C) Lämpöteho 4300 MW, sähköteho 1600 MWe Säätösauvoja: 89 Polttoainenippuja: 241 (aktiivinen pituus 4,2 m) Reaktorisydämen halkaisija lähes 4 m Ensimmäinen laatuaan?

13 Hanhikivi 1: rakennuslupa käsittelyssä VVER-laitos, mallia AES2006 (Rosatom / Gidropress) PWR-tyyppinen Lämpöteho 3200 MW, sähköteho 1200 MWe Primääripiirin paine ~160 bar Polttoainenippuja: 163 Säätösauvoja: 120

14 FiR-1 (GA Triga Mark II) Lopullinen sammutuksen tila Käytöstäpoistoprojekti alkanut Lämpöteho 250 kw (alun perin 100 kw) Polttoainetta sydämessä: 15 kg uraania, josta 3 kg fissiokelpoista 235U (20 % väkevöinti) TRIGA-reaktoreilla oma erityinen polttoainetyyppi: uraanizirkoniumhydridiyhdistelmä 8 % uraania 91 % zirkoniumia ja 1 % vetyä

15 Reaktorit maailmalla (v lopussa) Reactor type Main Countries Number GWe Fuel Coolant Moderator Pressurised water reactor (PWR) Boiling water reactor (BWR) Pressurised heavy water reactor (PHWR) Gas-cooled reactor (AGR & Magnox) Light water graphite reactor (RBMK & EGP) Fast neutron reactor (FBR) US, France, Japan, Russia, China US, Japan, Sweden enriched UO 2 water water enriched UO 2 water water Canada, India natural UO 2 heavy water heavy water UK 15 8 natural U (metal), enriched UO 2 CO 2 graphite Russia enriched UO 2 water graphite Russia PuO 2 and UO 2 liquid sodium none Power-Reactors/

16 Reaktorit rakenteilla Kaupallinen käyttö : 43 x PWR, tehot MWe, yhteensä 46 GWe Kiina x 21, Venäjä x 7, Korea x 4, USA x 3, Pakistan x 2, Slovakia x 2, Ranska x 1, Suomi x 1, Argentiina x 1, Brasilia x 1 4 x PHWR (=CANDU), tehot Wwe Intia x 3, Romania x 1 1 x HTR, teho 200 MWe, Kiina Vuoteen 2030 mennessä (ennuste): 270 uutta reaktoria, joista yli 100 Kiinassa nykyisistä poistuu käytöstä New-Reactors-Worldwide/

17 Pohdintaa Miksi niin paljon erilaisia reaktoreita (PWR, BWR, CANDU, MAGNOX, RBMK, jne)? monia eri kehittäjiä, eivät leikkineet keskenään ydinasemateriaalin vs. tehontuotanto eri käyttötarkoitus: esim liikenne luonnonuraani, resurssit, jäähdytysveden saatavuus kun on kerran rakennettu, niin kannattaa käyttää LWR: stabiili, taloudellinen ja rauhanomainen Olisiko olemassa täydellinen tai optimaalinen reaktorityyppi?

18 Kotitehtävä maanantaiksi Huom: torstaina ei opetusta! Lue luku 4 (Ydinvoiman normaalikäytön säteilyvaikutukset, sivut ) Jorma Sandbergin toimittamasta Säteilyturvakeskuksen (STUK) julkaisemasta Ydinturvallisuus -kirjasta (Karisto Oy, 2004). Vastaa (kirjallisesti) seuraaviin kysymyksiin: Mitä säteilyn lähteitä ydinvoimalaitoksissa on? Miten säteilusuojelu on järjestetty ydinvoimalaitoksissa? Minkälaisia ovat normaalikäytön radioaktiiviset päästöt?