![fisionabile de 235U i, comparativ cu neutronii rapizi rezulta i din fisiune, o probabilitate mic de captur din
parte nucleelor de 238U. Pe l但ng moderator, reactoarele termice au combustibil 樽ncapsulat, vase sub presiune,
scuturi i instrumenta ie de monitorare i control pentru toate sistemele reactorului. Multe reactoare de
putere de acest tip, ca i primele reactoare de producere a plutoniului au fost reactoare termice av但nd
moderator de grafit. Unele reactoare sunt mai termalizate dec但t altele. Centralele moderate cu grafit (de
exemplu reactoarele ruse ti RBMK) i ap grea (de exemplu reactorul canadian CANDU) tind s fie mult mai
termalizate dec但t cele de tip PWR i BWR, acestea din urm utiliz但nd ca moderator apa u oar; datorit
gradului mai 樽nalt de termalizare, reactoarele de acest tip trebuie s foloseasc uraniu natural (ne樽mbog it).
Reactoarele rapide (FBR) folosesc neutroni rapizi pentru a 樽ntre ine reac ia de fisiune 樽n lan i sunt
caracterizate prin lipsa materialului de moderare. Ele func ioneaz cu combustibil (uraniu) puternic 樽mbog it
sau plutoniu, pentru a reduce procentul de U-238 care ar captura neutronii rapizi. Unele reactoare sunt
capabile s produc mai mult combustibil dec但t au consumat, 樽n mod uzual convertind U-238 樽n Pu-239. Unele
sta ii de putere timpurii au folosit reactoare rapide, cum ar fi cele folosite la propulsia unor submarine i vase
ruse ti, altele se afl 樽nc 樽n construc ie, dar acest tip de reactor nu a egalat succesul reactoarelor termice 樽n
nici un domeniu.
Reactoarele termice de putere pot fi 樽mpr ite i ele 樽n trei tipuri i anume: cu vas de presiune, cu canale
combustibile presurizate, respectiv cu rcire cu gaz.
Reactoare cu vase de presiune se 樽nt但lnesc 樽n multe centrale comerciale dar i 樽n propulsia unor nave. n
acest tip de reactor termic, vasul de presiune joac, 樽n acela i timp, i rolul de scut de protec ie i, respectiv,
de container pentru combustibilul nuclear. Ca scut protector, vasul (recipientul) de presiune este destinat
asigurrii reactorului nuclear contra cutremurelor sau/ ibombardamentelor. El trebuie s fie at但t de robust
construit, 樽nc但t 樽n situa iile critice men ionate nu are voie nici crpturi (fisuri) s ob in.
Canalele presurizate sunt folosite 樽n reactoarele de tip RBMK i CANDU. Reactoarele de acest tip prezint
avantajul de a putea fi aprovizionate (樽ncrcate) cu combustibil proaspt chiar 樽n timpul func ionrii.
Reactoarele rcite cu gaz folosesc (prin recirculare) un gaz inert, de obicei heliu, dar pot utiliza i azot sau
bioxid de carbon. Utilizarea cldurii variaz de la reactor la reactor. Unele reactoare trimit cldura 樽n turbine cu
gaz, direct sau prin intermediul unui schimbtor de cldur. Reactorul de tip PBMR, de exemplu, este rcit cu
gaz.
At但ta timp c但t apa serve te ca moderator, ea nu poate fi folosit ca fluid de rcire 樽n reactoarele rapide. Cele
mai multe reactoare rapide sunt rcite cu metal lichid, de obicei sodiu topit. Ele sunt de dou tipuri: cu piscin,
respectiv cu bucl. Sistemul de rcire al unui reactor nuclear trebuie s multiplu asigurat.
Aceast siguran multiplu realizat este imperios necesar, fiindc 樽n cazul unei nerciri a unui reactor 樽n
func iune se poate ajunge, din cauza supra樽nclzirii sale rapide, la topirea reactorului ceea ce ar fi
o catastrof]] nuclear (atomic).
Familii actuale de reactoare
Pool type reactor = reactor cu piscin
Pressurized Water Reactor (PWR) = reactor cu ap sub presiune](https://image.slidesharecdn.com/fizica-120507124343-phpapp01/85/Fizica-4-320.jpg)
More Related Content
What's hot (10)
Viewers also liked (16)
Similar to Fizica (18)
Fizica
- 1. Reactor nuclear Reactorul nuclear este o instala ie 樽n care este ini iat o reac ie nuclear 樽n lan , controlat i sus inut la o rat sta ionar (樽n opozi ie cu o bomb nuclear, 樽n care reac ia 樽n lan apare 樽ntr-o frac iune de secund i este complet necontrolat). Reactoarele nucleare sunt folosite pentru numeroase scopuri. Cea mai semnificativ utilizarea curent este pentru generarea de putere electric. Reactoarele de cercetare sunt folosite pentru producerea de izotopi i pentru experimente cu neutroni liberi. Din punct de vedere istoric, prima folosire a reactoarelor nucleare a fost producerea plutoniului pentru bomba atomic. O alt utilizare militar este propulsia submarinelor i a vapoarelor (de i aceasta presupune un reactor mult mai mic dec但t cel folosit 樽ntr-o central nuclearo- electric). n mod curent, toate reactoarele nucleare comerciale sunt bazate pe fisiunea nuclear i sunt considerate problematice datorit nesiguran ei lor i riscurilor asupra snt ii. Din contra, al ii consider centrala nuclear ca fiind o metod sigur i nepoluant de generare a electricit ii. Instala ia de fuziune este o tehnologie bazat pe fuziunea nuclear 樽n locul fisiunii nucleare. Exist i alte instala ii 樽n care au loc reac ii nucleare 樽ntr-o manier controlat, incluz但nd generatoarele termoelectrice radioizotope i bateriile atomice, care genereaz cldur i putere exploat但nd dezintegrrile radioactive pasive, cum ar fi, de exemplu, instala iile Farnswoth-Hirsch de producere a radia iilor neutronice. Aplica ii Principalele aplica ii ale reactoarelor nucleare sunt:
- 2. n centrale nuclearo-electrice: produc ie de cldur pentru generare de electricitate; produc ie de cldur pentru 樽nclzire domestic i industrial; produc ie de hidrogen; la desalinare. n propulsia nuclear: pentru propulsie nuclear marin; exist propuneri pentru rachete termonucleare; exist propuneri pentru rachete propulsate prin puls nuclear. n transmuta ie de elemente: la produc ia de plutoniu, adesea pentru utilizarea 樽n arme nucleare; la ob inerea diver ilor izotopi radioactivi, cum ar fi americiu pentru detectorii de fum, respectiv cobalt-60, molibden-99 i al ii, folosi i 樽n medicin. n cercetare: pentru asigurarea unei surse de radia ie cu neutroni i pozitroni (cum ar fi pentru Analiza cu activare neutronic i Datarea cu potasiu-argon); pentru dezvoltarea de tehnologii neclare. Scurt istoric De i omenirea a 樽mbl但nzit recent puterea nuclear, primele reactoare nucleare au aprut 樽n mod natural. Cincisprezece reactoare de fisiune naturale au fost gsite 樽n trei depozite separate de minereu la mina Oklo din Gabon, 樽n vestul Africii. Descoperite pentru prima dat de Francis Perrin, acestea sunt numite ca Reactoarele Fosile Oklo. Aceste reactoare func ioneaz de aproximativ 150 milioane de ani, av但nd o putere medie de 100 kW. De asemenea, emisia de cldur, lumin i radia ii de la stele se bazeaz pe fuziunea nuclear. Conceptul unui reactor nuclear natural a fost teoretizat 樽nc din 1956 de Paul Kurola la University of Arkansas. Enrico Fermi i Leo Szilard, ambii de la University of Chicago, au fost primii care au construit o pil nuclear i au prezentat o reac ie 樽n lan controlat, pe 2 Decembrie 1942. n 1955 ei i-au 樽mpr it patentul de inven ie pentru reactorul nuclear U.S. Patent 2.708.656. Primul reactor nuclear a fost utilizat pentru a genera plutoniu pentru bomba nuclear. Alte reactoare au fost folosite 樽n naviga ie pentru propulsarea submarinelor i chiar avioane. La mijlocul lui 1950 Uniunea Sovietic i rile vestice i-au extins cercetrile pentru a include i utilizarea nemilitar a atomului. Totu i, ca i programul militar, multe din lucrrile nemilitare au fost fcute 樽n secret. Pe 20 Decembrie 1951, 樽n SUA, a fost generat pentru prima dat curent electric folosind putere nuclear la Experimental Breeder Reactor-I (EBR-1) localizat l但ng Arco, statul Idaho. Pe 26 Iunie 1954, la ora 5:30 a 樽nceput s genereze curent electric prima central nuclear sovietic, la Obninsk, Kaluga Oblast. Ea a produs 5 MW, asigur但nd electricitate pentru 2.000 de case. Prima central nuclear de tip comercial din lume a 樽nceput s func ioneze pe 17 Octombrie 1956, la Calder Hall. Un alt reactor de putere timpuriu a fost Shippingport Reactor 樽n Pennsylvania (1957). Chiar 樽nainte de accidentul din 1979 d la Three Mile Island, au fost oprite unele comenzi pentru centrale nucleare 樽n USA din ra iuni economice legate 樽n primul r但nd de durata lung de construc ie. De altfel din 1978 nu s-au mai construit centrale 樽n SUA; situa ia s-ar putea schimba dup 2010. Spre deosebire de accidentul de la Three Mile Island, accidentul din 1986 de la Cernob樽l nu a 樽nsprit reglementrile cu privire la reactoarele din Vest. Acesta deoarece reactoarele de la Cernob樽l, de tip RBMK, erau cunoscute ca av但nd un proiect nesigur, fr cldiri de siguran i operate nesigur, iar Vestul auzite
- 3. prea pu ine despre ele. Au fost i precipitri politice: Italia a inut un referendum 樽n anul urmtor, 1987, ale crui rezultate au condus la oprirea a patru centrale nucleare. n 1992 centrala turceasc Turkey Point Nuclear Generation Station a fost lovit direct de uraganul Andrew. Au fost pagube de peste 90 milioane de dolari, cele mai mari la un rezervor de ap i un co de fum al unei unit i func ion但nd cu combustibili fosili, dar cldirile de protec ie nu au avut de suferit. Prima structur de dezvoltare a sistemelor nucleare de putere utilitare, i anume US Navy, este singura din lume cunoscut ca av但nd o activitatea total curat. US Navy a operat mai multe reactoare dec但t orice alt entitate, chiar i Soviet Navy, fr incidente majore fcute publice. Dou submarine americane, USS Scorpion i Thresher au fost pierdute 樽n mare, din motive ce nu au avut legtur cu reactoarele lor, epavele lor fiind astfel situate 樽nc但t riscul de poluare nuclear este considerat sczut. Perspective de viitor n 2006, centrala Watts Bar 1, era ultimul reactor nuclear comercial opera ional pus 樽n func iune, 樽n 1997. Acest fapt este adesea citat ca o dovad a succesului campaniei mondiale pentru 樽nchiderea treptat a centralelor nucleare. Oricum, rezisten a politic fa de centralele nucleare a avut din c但nd 樽n c但nd succes 樽n diferite pr i ale Europei, 樽n Noua Zeeland, 樽n Filipine i 樽n Statele Unite. Cu toate acestea, 樽n SUA i Europa au continuat investi iile 樽n cercetri privind ciclul combustibilului nuclear i, de i unii exper i prezic via scurt electricit ii, cre terea pre ului combustibilului fosil i preocuparea legate de actualele emisii de gaze i efectul de ser vor 樽nnoi cererea de centrale nucleare. Multe ri rm但n active 樽n dezvoltarea centralelor nucleare, incluz但nd aici: Japonia, China i India, toate trei dezvolt但nd at但t tehnologii termice c但t i reproductoare, Coreea de Sud i Statele Uite, ambele dezvolt但nd numai tehnologii termice, i Africa de Sud i, din nou, China, dezvolt但nd versiuni ale reactorului de tip PBMR (Pebble Bed Modular Reactor = Reactor modular cu strat granular). Finlanda i Fran a 樽 i continu 樽n mod activ programele nucleare; Finlanda are 樽n construc ie un nou European Pressurized Reactor. Japonia are un program activ de construc ii pentru noi unit i ce a 樽nceput din 2005. n Statele Unite, trei consor ii au rspuns 樽nc din 2004 solicitrii Department of Energy (Departamentului de Energie) privind Programul Energetic Nuclear 2010 樽n vederea construirii inclusiv a unui reactor de genera ia a IV-a, tip VHTR, destinat producerii de electricitate i hidrogen. Pe 22 Septembrie 2005, s-a anun a deja selectarea a dou loca ii din SUA destinate construirii de noi reactoare. Centralele nucleare reprezint un interes particular pentru China i India, ambele construind reactoare de tip FBR. n politica energetic a Marii Britanii se prevede construirea 樽n viitor cel pu in a unei noi centrale nucleare i men inerea i prelungirea duratei de via a celor existente deja. Tipuri de reactoare De i s-au dezvoltat diferite tehnologii de realizare a reactoarele nucleare de fisiune, acestea pot fi 樽mpr ite riguros 樽n dou clase, depinz但nd de energia neutronilor utilizat pentru a sus ine reac ia de fisiune 樽n lan : Reactoarele termice (lente) folosesc neutroni termici. Acestea sunt caracterizate ca av但nd materiale de moderare care sunt destinate 樽ncetinirii neutronilor p但n c但nd ace tia ajung la nivelul mediu al energiei cinetice al particulelor din mediul 樽nconjurtor. Neutronii termici au o probabilitate mare de ciocnire cu nucleele
- 4. fisionabile de 235U i, comparativ cu neutronii rapizi rezulta i din fisiune, o probabilitate mic de captur din parte nucleelor de 238U. Pe l但ng moderator, reactoarele termice au combustibil 樽ncapsulat, vase sub presiune, scuturi i instrumenta ie de monitorare i control pentru toate sistemele reactorului. Multe reactoare de putere de acest tip, ca i primele reactoare de producere a plutoniului au fost reactoare termice av但nd moderator de grafit. Unele reactoare sunt mai termalizate dec但t altele. Centralele moderate cu grafit (de exemplu reactoarele ruse ti RBMK) i ap grea (de exemplu reactorul canadian CANDU) tind s fie mult mai termalizate dec但t cele de tip PWR i BWR, acestea din urm utiliz但nd ca moderator apa u oar; datorit gradului mai 樽nalt de termalizare, reactoarele de acest tip trebuie s foloseasc uraniu natural (ne樽mbog it). Reactoarele rapide (FBR) folosesc neutroni rapizi pentru a 樽ntre ine reac ia de fisiune 樽n lan i sunt caracterizate prin lipsa materialului de moderare. Ele func ioneaz cu combustibil (uraniu) puternic 樽mbog it sau plutoniu, pentru a reduce procentul de U-238 care ar captura neutronii rapizi. Unele reactoare sunt capabile s produc mai mult combustibil dec但t au consumat, 樽n mod uzual convertind U-238 樽n Pu-239. Unele sta ii de putere timpurii au folosit reactoare rapide, cum ar fi cele folosite la propulsia unor submarine i vase ruse ti, altele se afl 樽nc 樽n construc ie, dar acest tip de reactor nu a egalat succesul reactoarelor termice 樽n nici un domeniu. Reactoarele termice de putere pot fi 樽mpr ite i ele 樽n trei tipuri i anume: cu vas de presiune, cu canale combustibile presurizate, respectiv cu rcire cu gaz. Reactoare cu vase de presiune se 樽nt但lnesc 樽n multe centrale comerciale dar i 樽n propulsia unor nave. n acest tip de reactor termic, vasul de presiune joac, 樽n acela i timp, i rolul de scut de protec ie i, respectiv, de container pentru combustibilul nuclear. Ca scut protector, vasul (recipientul) de presiune este destinat asigurrii reactorului nuclear contra cutremurelor sau/ ibombardamentelor. El trebuie s fie at但t de robust construit, 樽nc但t 樽n situa iile critice men ionate nu are voie nici crpturi (fisuri) s ob in. Canalele presurizate sunt folosite 樽n reactoarele de tip RBMK i CANDU. Reactoarele de acest tip prezint avantajul de a putea fi aprovizionate (樽ncrcate) cu combustibil proaspt chiar 樽n timpul func ionrii. Reactoarele rcite cu gaz folosesc (prin recirculare) un gaz inert, de obicei heliu, dar pot utiliza i azot sau bioxid de carbon. Utilizarea cldurii variaz de la reactor la reactor. Unele reactoare trimit cldura 樽n turbine cu gaz, direct sau prin intermediul unui schimbtor de cldur. Reactorul de tip PBMR, de exemplu, este rcit cu gaz. At但ta timp c但t apa serve te ca moderator, ea nu poate fi folosit ca fluid de rcire 樽n reactoarele rapide. Cele mai multe reactoare rapide sunt rcite cu metal lichid, de obicei sodiu topit. Ele sunt de dou tipuri: cu piscin, respectiv cu bucl. Sistemul de rcire al unui reactor nuclear trebuie s multiplu asigurat. Aceast siguran multiplu realizat este imperios necesar, fiindc 樽n cazul unei nerciri a unui reactor 樽n func iune se poate ajunge, din cauza supra樽nclzirii sale rapide, la topirea reactorului ceea ce ar fi o catastrof]] nuclear (atomic). Familii actuale de reactoare Pool type reactor = reactor cu piscin Pressurized Water Reactor (PWR) = reactor cu ap sub presiune
- 5. Boiling Water Reactor (BWR) = reactor cu ap fierbtoare Fast Breeder Reactor (FBR) = reactor rapid reproductor Pressurized Heavy Water Reactor (PHWR) sau CANDU = reactor cu ap grea sub presiune United States Naval reactor = reactor utilizat de marina Statelor Unite. Tipuri vechi aflate 樽nc 樽n func iune Magnox reactor = reactor Magnox Advanced Gas-cooled Reactor (AGR) = reactor avansat rcit cu gaz Light water cooled graphite moderated reactor (RBMK) = reactor rcit cu ap u oar i moderat cu grafit. Alte tipuri de reactoare Aqueous Homogeneous Reactor = reactor omogen cu ap Liquid Fluoride Reactor = reactor cu floruri lichide Reactoare rapide Exist mai mult de o duzin de proiecte de reactoare avansate, aflate 樽n diferite stadii de dezvoltare. Unele sunt 樽mbunt iri ale proiectelor anterioare PWR, BWR i PHWR, altele sunt radical diferite. Primele includ reactoarele avansate cu ap 樽n fierbere (Advanced Boiling Water Reactor = ABWR) dintre care dou sunt deja opera ionale i altele 樽n construc ie, respective reactoarele cu securitate pasiv ESBWR i AP1000. Cel mai radical i nou proiect este reactorul modulare cu strat modular (PBMR) ce face parte din categoria reactoarelor de 樽nalt temperatur rcite cu gaz (HTGCR). De men ionat este faptul c se afl 樽n stare de proiect noul tip de reactor, CAESAR (Clean And Environmentally Safe Advanced Reactor = reactor avansat, curat i sigur pentru mediul 樽nconjurtor), ce folose te aburul pe post de moderator. Reactoare de genera ia a IV-a Cele mai avansate proiecte de reactoare nucleare sunt cunoscute sub denumirea de Genera ia a IV-a i sunt 樽mpr ite 樽n ase clase: Gas cooled fast reactor = reactor rapid rcit cu gaz Lead cooled fast reactor = reactor rapid rcit cu plumb Molten salt reactor = reactor cu sare topit Supercritical water reactor = reactor supercritic cu ap Very high temperature reactor = reactor cu temperatur foarte 樽nalt Fission fragment reactor = reactor cu fragmente de fisiune Managementul de eurilor radioactive Stadiul final al ciclului de combustibil nuclear este managementul combustibilului ars, foarte 樽nalt radioactiv, care constituie cea mai problematic component a fluxului de de euri nucleare. Dup 50 de ani de energetic nuclear 樽ntrebarea cum s se administreze aceste resturi materiale se confrunt cu probleme de securitate
- 6. i tehnice, una din importantele direc ii de ac iuni a criticilor industriei nucleare fiind chiar aceste costuri i riscuri pe termen lung asociate cu managementul de eurilor radioactive. Administrarea combustibilului ars poate include variate combina ii de stocare, reprocesare i depozitare final. n practic, combustibilul ars este stocat 樽n piscine cu ap u oar (normal), de obicei chiar 樽n incinta centralei. Apa asigur rcirea combustibilului ars i este un ecran de protec ie 樽mpotriva radioactivit ii acestuia. Dup perioada de rcire i diminuare a nivelului de radia ii, combustibilul ars este stocat (stocare uscat) fie 樽n containere intermediare de o el i beton monitorizate cu aten ie, fie 樽n depozite finale sub form de pu uri ad但nci spate 樽n diferite forma iuni geologice. Reprocesarea combustibilului ars este atractiv deoarece (1) permite reciclarea combustibilul nuclear i (2) asigur pregtirea de eurilor pentru depozitarea final. Totu i, experien a Fran ei, de exemplu, a artat c depozitarea final este mult mai economic deoarece reprocesarea combustibilului ars conduce la cre terea de 17 ori a cantit ii de de euri radioactive sub form lichid. Reactoare nucleare naturale Un reactor nuclear de fisiune natural poate s apar 樽n unele circumstan e care reproduc condi iile dintr-un reactor construit. Singurul reactor nuclear natural cunoscut s-a format acum 2 miliarde de ani la Oklo, 樽n Gabon Africa. Asemenea reactoare nu se mai pot forma pe Pm但nt: dezintegrarea radioactiv pe aceast durat imens de timp a redus propor ia de U-235 樽n uraniul natural sub limita cerut pentru a sus ine o reac ie nuclear 樽n lan . Reactoarele nucleare naturale s-au format atunci c但nd depozitele de minerale bogate 樽n uraniu au fost inundate de apa freatic, ac ion但nd ca un moderator de neutroni i determin但nd ini ierea reac iei 樽n lan . Aceste reactoare naturale sunt studiate de ctre oamenii de tiin interesa i de depozitarea geologic a de eurilor radioactive. Respectivele reactoare reprezint un caz deosebit de studiu al migra iei izotopilor radioactivi 樽n scoar a Pm但ntului, subiect abordat, de altfel, i de criticii actualei tehnologii nucleare, mai ales 樽n legtur cu depozitarea de eurilor radioactive provenite din centralele de putere.