PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017

Transkriptio

1 PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017 Prof. Filip Tuomisto Voimalaitostyypit, maanantai

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 (11/2016) Käynnissä yhteensä 450, kokonaissähköteho 390 GWe Tästä pitäisi kyllä vähentää Japanin reaktorit (sähköteho 40 GWe) Rakenteilla 60 reaktoria, kokonaissähköteho 60 GWe Verkossa n. vuoteen 2020 mennessä Rakenteilla olevista melkein kaikki PWR-tyyppisiä, muutama CANDU (PHWR Intia, Romania) ja yksi HTR (Kiina) Vuoteen 2035 mennessä (ennuste): 290 uutta reaktoria, joista yli 100 Kiinassa 130 nykyisistä poistuu käytöstä Power-Reactors/ Reactors-Worldwide/

16 Maa Käynnissä GWe Rakenteilla GWe Argentina Armenia Belarus Belgium Brazil Bulgaria Canada China Czech Republic Finland France Germany Hungary India Iran Japan

17 Korea, Republic Mexico Netherlands Pakistan Romania Russian Federation Slovakian Republic Slovenia South Africa Spain Sweden Switzerland Taiwan, China Ukraine United Arab Emirates United Kingdom USA Total

18 Pohdintaa Miksi niin paljon erilaisia reaktoreita (PWR, BWR, CANDU, MAGNOX, RBMK, jne)? kilpailu bisneksessä, puolustuksessa resurssit, luonnonuraani (toisaalta raskaan veden saaminen), jäähdytysveden saatavuus konservatiivisuus tehon parantaminen käyttötarkoitus: liikenne, tehontuotanto, ydinasemateriaalien tuotanto, isotooppituotanto muuten Olisiko olemassa täydellinen tai optimaalinen reaktorityyppi? korkea lämpötila: kaukolämpö sähkön lisäksi syö mitä vaan turvallinen (mm. passiiviset) yksinkertainen design, monipuoliset käyttötarkoitukset polttoaineen hyötö ja kierrätys! ei ydinasekelpoista jätettä, taloudellisesti kannattava kestävä kehitys

19 Kotitehtävä torstaiksi 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?