Ydinvoimala. Reaktorit Fukushima 2011



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

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

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

Ydinvoima puhdasta ja turvallista energiaa

fissio (fuusio) Q turbiinin mekaaninen energia generaattori sähkö

Ydinvoima ja ydinaseet Markku Anttila Erikoistutkija, VTT

KATSAUS YDINVOIMALAITOSTEN RAKENTAMISEEN MAAILMALLA

Ydinvoiman mahdollisuuksista maailman energiapulaan

Sähkö on hyvinvointimme perusta

Ydinvoimalaitoksen polttoaine

YDINENERGIAN TILANNE MAAILMALLA

YDINVOIMALAITOS- TEKNIIKAN PERUSTEITA

Ydinvoiman tulevaisuus meillä ja maailmalla

Pienet modulaariset ydinreaktorit

Hyvä tietää ydinvoimasta

Ydinvoimalaitosten turvallisuus SÄTEILY- JA YDINTURVALLISUUSKATSAUKSIA

Neljännen sukupolven fissioreaktorit

FY 2: Energiantuotanto. Tapio Hansson

Ydinsähköä Olkiluodosta

FY 8: Ydinvoimalat. Tapio Hansson

Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuus

Ydinpolttoainekierto. Kaivamisesta hautaamiseen. Jari Rinta-aho, Radiokemian laboratorio

Kehittyneet polttoainekierrot Laskennallinen polttoainekiertoanalyysi. KYT2014 puoliväliseminaari Tuomas Viitanen, VTT KEPLA-projekti

Ydinvoima tulevaisuutta vai menneisyyttä?

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

Talvivaara hyödyntää sivutuotteena saatavan uraanin

Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuus

Pyhäjoen te ta: AES-2006-voimalaitos Minttu Hietamäki, ydintekniikka-asiantuntija

Lahti Energian uusi voimalaitos KYMIJÄRVI II. Jaana Lehtovirta Viestintäjohtaja Lahti Energia Oy

Neljännen sukupolven reaktorit ja mallinnuksen haasteet

Mitä Fukushiman ydinvoimalassa tapahtui ja miksi?

Pentti Malaska--seminaari Teknologia ihmisen maailmassa 2040 Ydinvoima teknologiana --riskit ja tulevaisuus Pentin päivänä 21.3.

Nopeat ydinreaktorit. Fast nuclear reactors

Fukushiman ydinvoimalaonnettomuus:

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

OKLO. Ydinjätteen pitkäaikainen varastointi. Ruutiukot Matti Kataja

Säteilyn historia ja tulevaisuus

Teollisuuden Voima Oyj Hyvinvointia ydinsähköllä. OL4 Sähköä tulevaisuuden Suomelle

Luku 2 Sähköhuolto. Asko J. Vuorinen Ekoenergo Oy. Pohjana: Energiankäyttäjän käsikirja 2013


Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Maailman valutuotanto

Torium voimala energian uinuva jättiläinenkö? Esitys Tampereen Ruutiukoissa syyskuun Matti Kataja

POSIVA OY LIITE 6 2 OLKILUODON KAPSELOINTI- JA LOPPUSIJOITUSLAITOKSEN RAKENTAMISLUPAHAKEMUS

Ydinpolttoaineen suunnittelurajat ja yleiset suunnitteluvaatimukset. 1 Yleistä 3. 2 Yleiset suunnitteluvaatimukset 3

Uuden laitostyypin Super LWR keskeiset piirteet ja erityisominaisuudet

Rosatom laitostoimittajana

Hanhikivi 1 -hanke. KIP Ympäristöpäivä Minttu Hietamäki, ydintekniikka-asiantuntija

TVO:n kuulumiset ja OL4

Perustietoa Olkiluoto 3:sta

SUOMEN SEURAAVIEN YDINVOIMALAITOSEHDOKKAIDEN TYYPPIVERTAILU TYPE COMPARISON OF FUTURE NUCLEAR POWER PLANT CANDIDATES IN FINLAND

Pääkirjoitus. Petsamon valtatiellä kolmikymmentäluvulla

Turvallisuus ja onnettomuudet. Tfy Jaakko Leppänen

Oletetun onnettomuuden laajennus, ryhmä A

Voimalaitoksen komponentit, höyrykierto ja hyötysuhde; polttoaineen käytön suunnittelu ja optimointi

Taskutieto Taskutieto 2010 TVO 1

Hyvinvointia ydinsähköllä

Ydinvoima kaukolämmön tuotannossa

Fukushiman ydinvoimalaonnettomuus: mitä laitoksella tapahtui ja miksi?

Taskutieto. Avainluvut vuodelta Teollisuuden Voima Oyj Hyvinvointia ydinsähköllä

Olkiluoto, suomalaisen ydinvoimaosaamisen keskus

Pienen modulaarisen ydinreaktorin toiminta ja turvallisuus Case: NuScale

Säteilevät Naiset- seminaari Sähköä ilmassa Sähkömarkkinat ja älykkäät sähköverkot

c) Mitkä alkuaineet ovat tärkeitä ravinteita kasveille?

Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus Olkiluodossa

Olkiluoto 3 Ympäristöselvityksistä laitosvalintaan

Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa

6 YDINFYSIIKKAA 6.1 YTIMEN RAKENTEESTA

Ol1&Ol2 Ydinvoimalaitosyksiköt. Teollisuuden Voima Oyj Hyvinvointia ydinsähköllä

Rosatomin laitoksen turvallisuus

PIENET MODULAARISET YDINREAKTORIT SMALL MODULAR REACTORS

Taskutieto Taskutieto

Väestön kehitys maapallolla, EU-15-maissa ja EU:n uusissa jäsenmaissa (1950=100)

Stressitestien vaikutukset Suomessa

Sähköjärjestelmä antaa raamit voimalaitoksen koolle

Energiavuosi Energiateollisuus ry Merja Tanner-Faarinen päivitetty:

Fukushima reaktorifyysikon näkökulmasta Jaakko Leppänen / VTT

Taskutieto 2011 Taskutieto

Yhdysvaltalaisen koereaktorin. käynnistyy, kun192 laseria suunnataan pieneen polttoainesäiliöön. PHILIP SALTONSTALL/LLNL

Virtaussimulaatioseminaari teollisuuden puheenvuorot: virtaussimulaatiot, merkitys ja kehitystarpeet

PVO-INNOPOWER OY. Tuulivoima Suomessa ja maailmalla Tuulta Jokaiselle, Lapua Suunnitteluinsinööri Ari Soininen

Hanhikivi 1 -hankkeen tilannekatsaus. Toni Hemminki TeollisuusSummit, Oulu

Sulasuolareaktorit. Molten salt reactors

Ydinvoimahankkeen tulevat vaiheet

Tekijä: Markku Savolainen. STIRLING-moottori

Ydinvoimalaitoksen käyttöönotto ja käyttö

Kansainvälisen reittiliikenteen matkustajat 2018

Kansainvälisen reittiliikenteen matkustajat 2018

Lähienergialiiton kevätkokous

Taskutieto Avainluvut vuodelta 2012

Käyttötoimikunta Sähköjärjestelmän matalan inertian hallinta

Transistori. Vesi sisään. Jäähdytyslevy. Vesi ulos

Energia ja kasvihuonekaasupäästöt Suomessa. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Olkiluoto 4 -ydinvoimalaitosyksikön rakentaminen Olkiluotoon. Yleispiirteinen selvitys

Ydinvoima ja Innovaatiot

Ydinkysymyksiä energiasta. vastauksia talousihmisille ja taiteilijoille

Viikinmäen jätevedenpuhdistamon Energiantuotannon tehostaminen

KÄYTETYN YDINPOLTTOAINEEN LOPPUSIJOITUS Seminaarityö. Nils-Johan Näkkäläjärvi Juha Pippola Harri Uusi-Rajasalo Tomi Vänskä

YDINPOLTTOAINE JA REAKTORI

Liisa Haarla Fingrid Oyj. Muuttuva voimajärjestelmä taajuus ja likeenergia

Transkriptio:

Ydinvoimala Reaktorit Fukushima 2011

Ydinvoima sähkön tuotannossa Maa Yhdysvallat Ranska Japani Venäjä Saksa Kanada Kiina Ruotsi Espanja Iso-Britannia Suomi Brasilia Unkari Intia Etelä-Afrikka Meksiko Liettua Ydinvoiman osuus (%) tuotanto (TWh) Ydinvoiman 19,7 76,2 24,9 16,9 28,3 14,8 2,2 42,0 18,3 13,5 29,7 3,1 37,2 2,0 5,3 4,0 72,9 809,0 418,3 240,5 152,1 140,9 88,6 65,3 61,3 56,4 52,5 22,0 14 14,0 13,2 12,7 9,4 9,1 sähköntuotannossa vuonna 2008. Lähde: World Nuclear Association.

Ydinenergian osuus energiankäytössä

Ketjureaktio, fissioreaktio

Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

Ydinvoimalan toimintaperiaate

Ydinvoimala

Olkiluoto 3

Turvallisuusjärjestelmä Säätösauvat (1) ja hätäbooraus: Pikasulussa säätösauvat työnnetään hydraulisesti reaktorisydämeen alhaalta päin muutamassa sekunnissa, jolloin ketjureaktio pysähtyy. Säätösauvat voidaan ajaa sydämeen myös sähkömekaanisella järjestelmällä, joka on riippumaton hydraulisesta pikasulusta. Tämän lisäksi reaktorin sammuttamiseen voidaan käyttää neutroneita hyvin absorboivaa boorivettä (4).

Reaktorin primääripiiri PWR

Sekundääripiiri

Merivesipiiri

Painevesireaktori PWR ja Kiehutusvesireaktori BWR

PWR-reaktorin toimintaperiaate Reaktorisäiliö, jossa varsinainen fissioreaktori tapahtuu, on paineen kestävä betoni- ja terässäiliö. Tämä painekammio on vuorattu neutroneja heijastavilla levyillä. Polttoainesauvat jotka on valmistettu rikastetusta uraanista ovat reaktorisäiliössä veteen upotettuina. Niiden rinnalla on booriteräksestä ja neutroneja absorboivasta aineesta valmistetut säätösauvat. Vesi toimii säiliössä hidastavana väliaineena ja lisää täten fission tapahtumisen mahdollisuutta, koska hitaat neutronit aiheuttavat sen parhaiten. Mikäli reaktio alkaa kiihtyä liikaa, säätyy reaktori siten että säätösauvat tippuvat syvemmälle veteen. Tällöin suurempi osa neutroneista absorboituu ja reaktio hidastuu. Mikäli reaktorissa ilmenisi häiriö on säätösauvat mahdollista pudottaa kerralla veteen ja saada koko reaktio loppumaan. Reaktorissa oleva vesi on reaktorin nimen mukaisesti kovassa paineessa. Kovan paineen takia se ei ala kuumetessaan kiehumaan. Tämä kuumeneva vesi ei pääse suoraan turpiiniin vaan se lämmittää ohimenevän matalapaineisen veden. Matalapaineinen vesi höyrystyy ja höyryn avulla pyöritetään turpiinia. Niinpä radioaktiivinen vesi ei pääse muualle kuin reaktoriin.

BWR-reaktorin toimintaperiaate Kiehutusvesireaktori on periaatteeltaan täsmälleen painevesireaktorin kaltainen. Ainoana erona on että vesi pääsee kiehumaan jo reaktorissa. Tämä höyry johdetaan suoraan turpiiniin joka jauhaa höyrystä sähköä. Menetelmän haittana on se että radioaktiivinen vesi pääsee tekemisiin mm. turpiinin kanssa. Täten syntyy helpommin vuotoja joista radioaktiivinen vesi pääsee kierron ulkopuolelle. Lisäksi reaktorien huollon yhteydessä mm. turpiiniin joudutaan vaihtamaan kuluvia osia. Vanhat osat ovat radioaktiivisia ja niistä syntyy haitallista jätettä. Toisaalta kiehutusvesireaktorissa radioaktiivinen vesi ei ole korkeassa paineessa, sillä korkeapainesilla putkistoilla on taipumusta väsyä jolloin niihin tulee vuotoja. Jos neutroni osuu happeen (O-16) sopivasti tuloksena on radioaktiivista typpeä, N16, jonka puoliintumisaika on noin 7 sekuntia ja protoni (eli ionisoitunut vetyatomi). Turbiinia ei saa mennä huoltamaan muutamaan minuuttiin. Neutronit itsessään hajoavat protoniksi ja elektroniksi noin vartin puoliintumisajalla, mutta koska neutronit ovat varauksettomia eivät ne kulkeudu veden mukana. Ne kyllä osuvat muihin atomiytimiin reaktorin seinissä tai vedessä. Neutronit itsessään eivät siis pääse reaktorista karkuun. Huomautuksena, että tämä on tärkein suunnitteluaspekti reaktoreissa, koska koko reaktorin toiminta perustuu hallittuun neutronisäteilyyn.

Polttoainenippu (UO2), 100-300 sauvaa

Säätösauvat ja suojakuoret Radioaktiivisuuden eristämiseksi ympäristöstä on useita peräkkäisiä esteitä. 1. este on polttoaineen kiinteä, keraaminen olomuoto. 2. on polttoainesauvan zirkoniumkuori. 3. on reaktoripaineastia. 4. on suojarakennus. 5. on reaktorirakennus

Polttoaineen säilytys

fi_fi Polttoainekierto

Olkiluoto

Ydinvoimaloiden historiaa * Ydinreaktoritekniikan ensimmäisen sukupolven erityispiirteitä:. Vaatimaton teho (tyypillisesti alle 100 MW).. Selvä yhteys sotilasteknologiaan.. Luonnonuraanipolttoaine (0.7% U-235) =) raskasvesi- tai grafiittimoderoidut reaktorit (MAGNOX ja AGR, CANDU- ja RBMK-reaktorien edeltäjät). * Väkevöintiteknologian kehitys ja 1960-luvulla tapahtuneet muutokset politiikassa laskivat väkevöidyn polttoaineen hintaa ja helpottivat saatavuutta =) kevytvesireaktoriteknologian kilpailukyky parani huomattavasti. * Ydinvoiman maailmanlaajuinen kasvu taittui vuonna 1979 tapahtuneeseen Three Mile Islandin onnettomuuteen tai viimeistään Tshernobyliin vuonna 1986. * Nykyinen kaupallinen reaktorisukupolvi perustuu pääasiassa 1960-1970 -luvuilla kypsyneeseen kevytvesireaktoritekniikkaan

II sukupolven reaktorit Nykyhetki: II sukupolven kevytvesireaktoritekniikka * Reaktorin jäähdytteenä ja moderaattorina toimii tavallinen (kevyt) vesi. * Paine- (PWR) ja kiehutusvesilaitokset (BWR). * Matalasti väkevöity uraanioksidipolttoaine (3-5% U-235). * Teknologian hyviä puolia:. Turvallisuus, erityisesti reaktorin stabiili toiminta. Pitkä historia, hyvin tunnettua tekniikkaa. Taloudellinen kilpailukyky... ja ongelmia:. Käytettyyn polttoaineeseen syntyy pitkäikäisiä aktinidiisotooppeja.. Luonnonuraanin energiasisällöstä hyödynnetään alle prosentti.

III polven reaktorit Lähitulevaisuus: III sukupolven reaktoritekniikkaa EPR (Suomi, 2011) Evoluutiotyypin kevytvesireaktori * Perustuu II sukupolven KonvoijaN4-laitoksiin, uutta teknologiaa lähinnä reaktorin turvallisuudelle asetetut vaatimukset. Tarkoitettu perusvoimaksi sähköntuotantoon, teho 1600 MWe. Edustaa kevytvesireaktoritekniikan kehityskaaren huippua. Kaasujäähdytteisten reaktorien uusi tuleminen, reaktoritekniikan monipuolistuminen.

3-sukupolven reaktorityyppejä Type U-235 enrichment Coolant Moderator (%) Uraanipitoisuus Jäähdytin Hidastin BWR 2-4 ordinary water (H2O) H2O (Kiehutusvesireaktori) H2O H2O PWR 2-4 (Painevesireaktori) 0.7 heavy water (D2O) D2O CANDU (Raskasvesireaktori) 93 helium graphite HTGR (Kaasujäähdytteinen reaktori) none FBR UO2 and PuO2 liquid sodium (Jäähdyttimenä nestemäinen Natrium) RBMK-reaktori on vesijäähdytteinen grafiittihidasteinen reaktori, jota käytetään lähinnä Venäjällä.

IV polven reaktorit Tulevaisuus: reaktoritekniikan neljäs sukupolvi * Nykyisellä kevytvesireaktoritekniikalla pystytään tuottamaan sähköä turvallisesti ja taloudellisesti, tuottamatta juuri lainkaan kasvihuonekaasupäästöjä. * Neljännessä sukupolvessa ydinenergian käyttö pyritään saamaan kestävän kehityksen mukaiseksi säilyttäen vähintään nykyinen turvallisuustaso. * Strategisena tavoitteena siirtyminen avoimesta suljettuun polttoainekiertoon:. Pitkäikäisten aktinidien hävittäminen loppusijoitettavasta ydinjätteestä.. Maailman uraani- ja toriumvarojen tehokas hyödyntäminen. * Muita tavoitteita: uudet ydinenergiasovellukset (prosessilämpö, vedyntuotanto, puhtaan juomaveden valmistus), ydinaseteknologian leviämisen estäminen.

4-sukupolven reaktorityyppejä

Reaktoritekniikan sukupolvet

Säätösauvat, kevytvesi LWR ja RBMK Turvallisuuteen vaikuttavat erot Tšernobylin RBMK-reaktorin ja maailmalla tavanomaisen kevytvesireaktoria (LWR, light water reactor) käyttävän korkean ydinturvallisuuden voimalaitoksen välillä. RBMK-reaktorissa hidastinaineena käytettiin tulenarkaa grafiittia (kuvassapunaisella). Positiivinen aukkokerroin, reaktorissa kiertävän veden tiheyden laskiessa reaktorin teho kasvaa. Sauvojen laskeminen reaktoriin tapahtui hitaasti ja kesti nopeimmillaankin 18-20 sekuntia RBMK-reaktoreita ei ole varustettu lainkaan ilmatiiviillä suojarakennuksella

Japanin ydinvoimaloitten tila 4/2011

Reaktoritila

Reaktori, Fukushima-Olkiluoto 3

Fukushiman tapahtuman kulku Pikasulku onnistui kuten piti Maanjäristys laukaisi Fukushiman reaktoreissa pikasulun ja ne ajettiin nopeasti alas. Todennäköisesti yhteys ulkoiseen sähköverkkoon katkesi jo maanjäristyksessä ja varavoimaa tuottavat dieselit käynnistyivät. Jonkin ajan kuluttua maanjäristyksen nostama valtava hyökyaalto saavutti Fukushiman voimalan hukuttaen varavoimadieselit ja katkaisten niiden sähköntuotannon. Hätävirtalähteinä käytetään myös akkuja, mutta niiden varassa jäähdytyskierto ei voi toimia. Jäähdytystä hoidettiin sähköjen katkettua höyrykäyttöisin turpiinipumpuin. Höyrykäyttöiset pumput ja akkujen ohjaussähkö riittivät jonkin aikaa, mutta lopulta jäähdytys pysähtyi. Siitä ei tietoa, miksi näin kävi, Ilmeisesti pumput hajosivat kahden päivän jälkeen. Sen jälkeen jäähdytystä jatkettiin pumppaamalla merivettä paloautojen pumpuilla reaktorirakennusten palopostien kautta reaktorirakennukseen. Ongelmaksi muodostui se, että paine reaktorissa nousi eivätkä paloautojen pumput jaksaneet nostaa vettä ilman paineen alentamista välillä. Kun jäähdytysvesi ei kiertänyt, reaktorin ydinpolttoaine kuumeni ja alkoi keittää jäähdytysvettä ja muodostaa painetta. Höyry johdettiin paineastiasta paineen laskemiseksi lauhdealtaaseen ja jäähdytettiin. Se aiheutti typellä täytetyssä suojarakennuksessa paineen nousun, jota piti laskea päästämällä höyryä ja muita kaasuja pois ulospurkausreitin kautta. Jäähdytystä ei edelleen saatu toimimaan, joten ydinpolttoaine kuumeni lisää ja keitti vettä niin rajusti, että vedenpinta laski ja ydinpolttoaine paljastui. Kuumentuminen aiheutti polttoainesauvoihin vaurioita, muodosti höyryä, jalokaasuja ja ksenonia, jotka piti puhaltaa jälleen ulos. Höyryssä oli mukana myös radioaktiivisia aineita ja kun suojarakennusta oli tuuletettava höyrypuhalluksen jälkeen, radioaktiivisuus lähiympäristössä nousi. Kuumenemisen edelleen jatkuessa polttoainesauvojen metalli ja vesi muodostivat vetyä, joka piti tuulettaa typellä täytettyyn suojarakennukseen ja siitä paineen kasvaessa edelleen ulos. Kun vety pääsi kosketukseen hapen kanssa, tapahtui räjähdys. Fukushimassa vety on räjähtänyt ainakin kolme kertaa. Zr + 2 H2O ZrO2 + 2 H2 Fukushima 1 Käyttöönottovuosi 1971 General Electric BWR-3 Kiehutusvesireaktori Sähköteho 440 MW Fukushima 2 Käyttöönottovuosi 1974 General Electric BWR-4 Kiehutusvesireaktori Sähköteho 784 MW Fukushima 3 Käyttöönottovuosi 1976 Toshiba BWR-4 Kiehutusvesireaktori Sähköteho784 MW Fukushima 4 Käyttöönottovuosi 1978 Hitachi BWR-4 Kiehutusvesireaktori Sähköteho784 MW

Kaaviokuva onnettomuusreaktorista

Fukushiman reaktorit 6.4.2011

Merivirrat

Merivirrat Japanin edustalla 5.4.2011

Kehitystavoitteita Erityisiä odotuksia uudelta tekniikalta uusien polttoaineiden saaminen hyödynnettäviksi (suurempi osa luonnonuraanista, torium) uraanivarantojen riittävyyden parantaminen ja sitä myötä ydinvoiman elinkaaren pidentäminen yleisesti polttoaineen uudelleenkierrätys reaktorissa lopullisen jätteen radioaktiivisuuden, sen puoliintumisajan, lämmöntuoton sekä kokonaismäärän pienentäminen niin sanottujen korkean lämpötilan reaktorien lämmön samanaikainen hyödyntäminen muuhunkin, kuin sähkön tuottoon

Säteily

Säteilyn vaikutukset elävään organismiin

Säteilyn määrä Becquerel/kg ja tiheys Sv/aikayksikkö