PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2018

Transkriptio

1 PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2018 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 (9/2017) Käynnissä yhteensä 440, kokonaissähköteho 390 GWe Rakenteilla 50 reaktoria, kokonaissähköteho 60 GWe Verkossa n. vuoteen 2023 mennessä Rakenteilla olevista melkein kaikki PWR-tyyppisiä, muutama CANDU (Argentiina, PHWR Intia) ja yksi HTR (Kiina) Vuoteen 2035 mennessä (ennuste): 230 uutta reaktoria, joista yli 100 Kiinassa 140 nykyisistä poistuu käytöstä Power-Reactors/ Reactors-Worldwide/

16 Reaktorit maailmalla Reaktorityyppi Maat Lkm GWe Polttoaine Jäähdyte Hidaste PWR BWR USA, Ranska, Japani, Venäjä, Kiina USA, Japani, Ruotsi Väkevöity UO 2 Vesi Vesi Väkevöity UO 2 Vesi Vesi PHWR Kanada, Intia Luonnon UO 2 Raskas vesi Raskas vesi AGR & MAGNOX UK 14 8 Luonnon U (metalli), CO2 grafiitti väkevöity UO 2 RBMK & EGP Venäjä Väkevöity UO 2 Vesi grafiitti FBR Venäjä PuO 2 ja UO 2 Sula natrium -

17 Pohdintaa Miksi niin paljon erilaisia reaktoreita (PWR, BWR, CANDU, MAGNOX, RBMK, jne)? kilpailu, aseteknologia uuden kehittäminen, yhteistyön puute polttoaineen saatavuus, luonnonresurssit käyttökohde, plutonium vai sähkö? rakentamiskustannukset, konservatiivisuus Olisiko olemassa täydellinen tai optimaalinen reaktorityyppi? maksimaalisen turvallinen, passiiviset järjestelmät taloudellinen korkea hyötysuhde sähköntuotannossa tarvitaanko vain yksi? paikallisosaaminen jne. hyötöreaktori, polttoaineen riittävyys, kaikkiruokainen, vähän ydinjätettä myös lämpö, esim. kaukolämpö, teollisuuden prosessit, vedyntuotanto käytetty polttoaine ydinaseeksi kelpaamatonta fuusio/fissio hybridi kompakti, kannettava, modulaarinen kestävän kehityksen periaatteiden mukainen

18 Kotitehtävä maanantaiksi 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?