Reactorul Reactorul nuclearnuclear

Reactor nuclearReactor nuclear

• Schema simplificată a unui reactor nuclear

• bară pentru oprire de urgență

• bare de control

• combustibil

• protecție radiologică

• ieșirea vaporilor

• intrarea apei

• protecție termică

• Un reactor nuclear este o instalație tehnologică în care Un reactor nuclear este o instalație tehnologică în care are loc o reacție de fisiune nucleară în lanț în condiții are loc o reacție de fisiune nucleară în lanț în condiții controlate, astfel încât să poată fi valorificată căldura controlate, astfel încât să poată fi valorificată căldura generată sau utilizate fascicolele de neutroni .generată sau utilizate fascicolele de neutroni .

• Reactoarele nucleare au trei tipuri de aplicații.• Cea mai semnificativă aplicație comercială este producerea producerea

de energie electrică sau de căldurăde energie electrică sau de căldură (termoficare, procese industriale).

• O altă aplicație este propulsia navalăpropulsia navală (în special pentru scopuri militare).

• Există și reactoare nucleare pentru cercetarepentru cercetare unde fascicolele de neutroni se folosesc pentru activități științifice sau pentru producerea de radioizotopi destinați utilizărilor civile (medicină, industrie, cercetare), sau militare (arme nucleare).

Istoric • Enrico FermiEnrico Fermi și Leo SzilardLeo Szilard, au fost

primii care au construit o pilă nucleară și au prezentat o reacție în lanț controlată, pe 2 decembrie 1942. Primul reactor nuclear din SUA a fost utilizat pentru a produce plutoniu pentru arma nucleară. Alte reactoare au fost folosite în propulsia navalăpropulsia navală (submarine, nave militare).

Pennsylvania, USA

• Utilizarea comercială a energeticii nucleare începe cu reactorul prototip Yankee Rowe de 250 MWeYankee Rowe de 250 MWe pus în funcțiune de Westinghouse în 1960 și cu reactorul Dresden-1 de 250 MWeDresden-1 de 250 MWe proiectat de General Electric și pus în funcțiune în tot în 1960.

• În Canada a fost dezvoltat reactorul CANDUreactorul CANDU, prima unitate fiind pusă în funcțiune în 1962.

• Franța a început dezvoltarea reactorului cu gaz-gaz-grafitgrafit și a pus în funcțiune primul reactor comercial în 1959.

• Uniunea Sovietică a pus în funcțiune primul prototip comercial (grafit și apă în fierbere)(grafit și apă în fierbere) de 100 MW

• Cel mai spectaculos program nuclear a fost cel francez avind in totalitate 34 900 MWe34 900 MWe.

Stagnarea și declinul energeticii nucleare începe la sfârșitul anilor 70 și sunt determinate de mai mulți factori:

• Descoperirea in Marea Nordului a uriașe cantități de gaze cantități de gaze naturalenaturale ce au reprezentat în Europa o alternativă energetică mai ieftină la energia nucleară;

• Detonarea armei nucleareDetonarea armei nucleare de către India în 1964, reprezentând startul proliferării nucleare în domeniul militar;

• Nașterea mișcării ecologistemișcării ecologiste ce se opunea în general construcției de noi reactoare;

• Introducerea în SUA a unui nou regim de autorizare pentru protecția mediuluiprotecția mediului care a făcut construcția de centrale nucleare neeconomice;

• AccidenteleAccidentele de la Three Miles IslandThree Miles Island (1979) și ChernobylChernobyl (1986) cu consecințe impresionante pentru imaginea publică a energiei nucleare.

• În ciuda problemelor din perioada anilor '80 și '90, energetica nucleară nu a dispărut de pe piață. Dimpotrivă, a treia generație de reactoare nucleare a fost dezvoltată în SUASUA, , Franța ,  , Canada , Rusia și  , Rusia și Coreea de Sud.Coreea de Sud.

• În anul 2001 a fost semnată carta Forumului Forumului Internațional pentru Generația IVInternațional pentru Generația IV (GIF). Scopul acestei asociații este dezvoltarea a șase sisteme energetice nucleare (reactoare termice:reactoare termice: VHTR, SCWR, MSR și reactoare rapide:reactoare rapide: GFR, SFR, LFR) până la nivel comercial pentru a putea fi construite în perioada 2015-2023 sau mai târziu.

Salvarea energeticii nucleare a început să Salvarea energeticii nucleare a început să se profileze la începutul mileniului III se profileze la începutul mileniului III

fiind determinată de doi factori:fiind determinată de doi factori:

• Penele de curent din California din anul 2001 datorate infrastructurii energetice inadecvate și creșterea economică rapidă din țările mari în curs de dezvoltare (China, India, Brazilia);

• Presiunea schimbărilor climatice generate de gazele cu efect de seră.

Componentele • Combustibilul nuclear. Aproape toate reactoarele

nucleare utilizează uraniul drept combustibil. Reactoarele comerciale, cu câteva excepții, utilizează uraniul îmbogățit 2-5% în izotopul U235. Combustibilul și structura mecanică în care este acesta așezat formează zona activă (inima) reactorului.

• Moderatorul este necesar pentru încetinirea neutronilor rezultați din fisiune (neutron termici) pentru a le crește eficiența de producere a unor noi reacții de fisiune. Moderatorul trebuie să fie un element ușor care permite neutronilor să se ciocnească fără a fi capturați. Ca moderatori se utilizează apa obișnuită, apa grea (deuterium) sau grafitul.

• Agentul de răcireAgentul de răcire  Pentru a menține temperature combustibilului în limite tehnic acceptabile căldura eliberată prin fisiune sau prin dezintegrarea radioactivă trebuie extrasă din reactor cu ajutorul unui agent de răcire (apa obișnuită, apa grea, dioxid de carbon, heliu, metale topite, etc). Căldura preluată și transferată de agentul de răcire poate alimenta o turbină pentru a genera electricitate.

• Barele de controlBarele de control   sunt realizate din material ce absorb neutronii precum: borul, argintul, indiul, cadmiul si hafniul. Ele sunt introduse în reactor pentru a reduce numărul de neutroni și a opri reacția de fisiune când este necesar, sau pentru a regla nivelul și distribuția spațială a puterii din reactor.

TipuriTipuri • În funcție de reacția nucleară folosită

reactoarele se clasifică în:• - reactoare de fisiune- reactoare de fisiune (cu neutroni termici sau cu neutroni

rapizi)

• - reactoare de fuziune- reactoare de fuziune

• În funcție de combustibilul nuclear folosit reactoarele se clasifică în:

• - reactoare cu combustibil solid- reactoare cu combustibil solid (oxid de uraniu, oxid plutoniu, oxid de toriu sau combinații)

• - reactoare cu combustibil lichid- reactoare cu combustibil lichid (săruri topite de uraniu sau de toriu)

• IIn funcție de moderatorul folosit n funcție de moderatorul folosit reactoarele se clasifică în:reactoarele se clasifică în:

• - reactoare cu apă ușoară;• - reactoare cu apă grea;• - reactoare cu moderator organic (PCB);• - reactoare cu grafit;• - reactoare cu elemente ușoare (Lif, BeF2);• - reactoare fără moderator (cu neutroni rapizi).

• În funcție de agentul de răcire În funcție de agentul de răcire folosit reactoarele se clasifică în:folosit reactoarele se clasifică în:

• - reactoare cu apă ușoară (sub presiune sau în fierbere);• - reactoare cu apă grea;• - reactoare cu gaz (heliu, bioxid de carbon, azot);• - reactoare cu metal lichid (sodiu, NaK, plumb, eutectic plumb-

bismut, mercur)• - reactoare cu săruri topite (săruri cu fluor)

În funcție de utilizare În funcție de utilizare reactoarele se clasifică în:reactoarele se clasifică în:

• - reactoare pentru producerea de energie electrică;

• - reactoare pentru producerea de energie termică (căldură de proces, desalinizare, producere de hidrogen, termoficare);

• - reactoare pentru propulsie (nave, submarine );

• -reactoare pentru producerea de radioizotopi prin transmutare

• - reactoare de cercetare.

În funcție de stadiul tehnologiei În funcție de stadiul tehnologiei reactoarele se clasifică în:reactoarele se clasifică în:

• - reactoare din generația I, primele prototipuri ( Shippingport, Magnox, Fermi 1, Dresden);

• - reactoare din generația II, proiectate înainte de 1990 (PWR, BWR, PHWR, AGR, WWER);

• - reactoare din generația III, modernizări ale reactoarelor din generația doi (ABWR, APWR, EC-6, VVER 1000/392, AHWR-toriu)

• - reactoare din generația III + , proiecte cu îmbunătățiri semnificative privind securitatea si economicitatea (CANDU avansat, EPR, VVER 1200, APWR, ABWR)

• - reactoare din generația IV, în proiectare pentru a fi construite după 2030 (reactor termic de foarte înaltă temperatură, reactor termic supercritic cu apă, reactor termic cu săruri topite, reactor rapid răcit cu gaz, reactor rapid răcit cu sodiu, reactor rapid răcit cu plumb).

Miezul reactorului

Fisiunea nucleara. Fisiunea nucleara. • Neutronul patrunde in nucleu si Neutronul patrunde in nucleu si sparge nucleulsparge nucleul in in

mai multe fragmente (de regula in doua mai multe fragmente (de regula in doua fragmente).fragmente).

• Un neutron care interactioneaza cu nucleul Un neutron care interactioneaza cu nucleul atomic aduce cu el si atomic aduce cu el si o cantitate de energie.o cantitate de energie.

• In cazul interactiuni neutronilor cu nuclee de In cazul interactiuni neutronilor cu nuclee de uraniuuraniu acestea se sparg in doua nuclee, unul de acestea se sparg in doua nuclee, unul de bariubariu si unul de si unul de kriptonkripton si se emit trei si se emit trei neutroni nneutroni n, , fenomen cunoscut sub denumirea de reactie de fenomen cunoscut sub denumirea de reactie de fisiune nucleara.fisiune nucleara.

• Nucleele care iau nastere prin fisiune nucleara Nucleele care iau nastere prin fisiune nucleara devin devin nuclee radioactivenuclee radioactive care emit radiatii care emit radiatii a, b si g,a, b si g, iar neutroni emisi produc o cascada de reactii de iar neutroni emisi produc o cascada de reactii de fisiune nucleara in lant cu nucleele atomilor fisiune nucleara in lant cu nucleele atomilor AA intalniti in calea lor.intalniti in calea lor.

• La fiecare fisiune a nucleului se emit La fiecare fisiune a nucleului se emit 2, 3 sau mai 2, 3 sau mai multi neutroni.multi neutroni.

• Neutroni emisi in procesul fisiunii nucleare au o Neutroni emisi in procesul fisiunii nucleare au o energie si viteza foarte mare.energie si viteza foarte mare.

neutron

U23592

Ba14456

Kr8936

neutron

neutron

neutron

Din punctul de vedere al Din punctul de vedere al securități reactorul nuclear are securități reactorul nuclear are

trei funții de bază:trei funții de bază:• - Controlul reactivității;• - Răcirea combustibilului;• - Izolarea substanțor radioactive.• Pentru a menține sub control puterea reactorului acesta este

dotat cu sisteme de control a reactivității care mențin constantă rata reacției de fisiune, iar dacă este necesar opresc imediat reactorul prin inserția de reactivitate negativă. Căldura de fisiune și de dezintegrare trebuie evacuată premanent din reactor, chiar și după oprirea reactorului, altfel se produce accidentul de topire a combustibilului.

Protectia mediuluiProtectia mediului • Reactorul nuclear generează patru fluxuri de patru fluxuri de

substanțe radioactivesubstanțe radioactive (deșeuri) care pot afecta mediul:

• Combustibilul nuclearCombustibilul nuclear uzat ce conține majoritatea radioizotopilor generați prin fisiune ;

• Deșeurile miniereDeșeurile miniere și cele de la rafinarea uraniului conținând produșii de dezintegrare ai uraniului;dezintegrare ai uraniului;

• Eliberarea de radionuclizi în timpul funcționării (emisii gazoase și lichide);(emisii gazoase și lichide);

• Eliberarea de mari cantități de radioactivitate în timpul accidentelor.accidentelor.

The endThe end

• A realizat:A realizat: Clima DinaClima Dina Bumbu Bumbu

CristianCristian gr. CB1005Ggr. CB1005G

A verificat:A verificat: Duca MariaDuca Maria profesoara de fizicaprofesoara de fizica