Teraz jest 29 mar 2024 15:27




Utwórz nowy wątek Odpowiedz w wątku  [ Posty: 8 ] 
 To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK 
Autor Wiadomość
Avatar użytkownika

Dołączył(a): 26 cze 2009 21:31
Posty: 465
Lokalizacja: Olkusz
Post To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK
Często się można spotkać, nie wiadomo skąd wymyślone "teorie" o groźbie kolejnej eksplozji Reaktora w Czarnobylu, a zwłaszcza o groźbie eksplozji jądrowej :?: o której m.in. wspomina całkiem dobry, ale czasem mijający się z prawdą dokument Discovery "Bitwa o Czarnobyl"


Myślę, że poniższy artykuł powinien rozwiać wiele wątpliwości, Państwa.
A o dodatkowe szczegóły na ten temat, można się przecież spytać Naukowców z PTN...



Streszczenie:

W reaktorze tym było używane paliwo ze wzbogaceniem 1,8% U-235 i choć produkował on też Pluton (np. Pu-239), to w prętach paliwowych był on i tak zbyt rozproszony, a jeszcze bardziej uległ rozporszeniu po awarii, gdy eksplodowała para oraz wodór i tlen ze dysocjowanej wody...



Wybuch jądrowy w reaktorze nie może nastąpić
z wielu czynników, a przede wszystkiem dlatego, że:


  • Poziom wzbogacenia paliwa:
  • Ruda Uranowa U-238 zawiera jedynie 0,72% U-235 niezbędnego w reakcji łańcuchowej – tego typu ruda może być używana jako paliwo w specjalnie skonstruowanych reaktorach, jak chociażby ciężkowodne PHWR (przykładem działających już są chociażby kanadyjskie reaktory CANDU). Dodam jeszcze, jako ciekawostkę, że ze względu na swą stabilność chemiczną wykorzystuje się tą rudę przetworzoną na tlenki uranu (głównie UO2), które mają zwykle charakterystyczną żółtą barwę – stąd nazywana są w "żargonie" inżynierów nuklearnych jako "Yellowcake".

    W innych reaktorach, ruda ta musi być w pewnym stopniu wzbogacona od niecałych 2 do 4% U-235, żeby mogła być użyteczna. Trudność w produkcji na tym polega że U235 i U238 to chemicznie TE SAME SUBSTANCJE, minimalnie różniące się masą. Wykorzystuje się więc różne metody, jak: dyfuzyjna, wirówkowa i dyszowa – każde z nich wymagają skomplikowanych aparatur, często połączonych w kaskady. Oznacza to tym samym, że na przykład tacy Talibowie w swych jaskiniach nie wyprodukują "bombki"...
    ...i zwykli zjadacze chleba również.

    Załącznik:
    Procent_wzbogacenia_Uranu.png
    Procent_wzbogacenia_Uranu.png [ 28.03 KiB | Przeglądane 18072 razy ]


    I wreszcie w broni nuklearnej: także Uran wzbogacony ,ale najczęściej AŻ DO 90% U-235 lub więcej. Owszem bywa, że może być stosowany już w broni 20% U-235, ale sama konstrukcja takiej broni wymaga wtedy umożliwenie jeszcze efektywniejszego niż zwykle wykorzystania neutronów pochodzących z rozszczepień i umożliwienie niekotrolowanej reakacji łańcuchowej. Pamiętajcie, że konstrukcja broni jądrowej różni się więc DIAMETRALNIE od reaktorów...
    Oczywiście w broni zamiast Uranu, stosuje się np. Pluton Pu-239. Jednak Pluton nie występuje w naturze, gdyż ze swym okresem póltrwania 24 tys. lat, uległ dawno transmutacji. Pluton produkuje się na zachodzie w reaktorach prędkich powielających (chłodzonych ciekłym Sodem, co wymaga skomplikowanego systemu jego obiegu), zaś radzieckim "wynalazkiem" są reaktory typu RMBK, które produkowały dla wojska Pluton, oraz energię dla sektora cywilno-wojskowego...

    Reaktory RMBK powstały w ZSRR po to, by obniżyć koszt produkcji Plutonu. Inna od zachodnich konstrukcja umozliwiła zastosowanie jako chłodziwa nie ciekłego Sodu lecz wody. Jednak wymagało to użycia grafitu jako moderatora (spowalniacza neutronów), co przyczyniło się do tego że reaktor RMBK jest niestabilny przy niskiej mocy nominalnej, a zwłaszcza gdy zawiera on już wysoce wypalone paliwo – to były główne czynniki pamiętnej awarii z 1986 r.


  • Geometria prętów paliwowych
  • Niektóre reaktory wymagają wprawdzie stosowania wysokowzbogaconego paliwa (reaktory typu HTR, chłodzone gazem), ale jest ono w nich bardzo rozproszone już w samych kulkach z grafitu, a więc absolutnie bezpieczne...

    Samo paliwo jądrowe nawet w ilości wielu ton (w RMBK-1000 192 tonu Uranu), nie stanowi niebezpieczeństwa, także ze wzgledu na ich konstrukcję. Cyrkonowe pręty paliwowe zawierają szczelnie zamknięte niewielkie pastylki dwutlenku uranu UO2 (używane w RMBK miały one rozmiar 13,5×0,9 mm – wzbogacenie, przypominam tylko 1,8% U-235). Reaktor RMBK-1000 zawiera zestaw 1693 takich prętów w kanałach grafitowych, przez które przepływała woda chłodząca – używana następnie do produkcji energii elektrycznej w ten sam sposób jak w klasycznej elektrowni węglowej.
    Po awarii w skutek eksplozji fizycznej pary oraz chemicznej tlenu i wodoru ze zdysocjowanej wody, materiały rozszczepialne uległy jeszcze większemu rozproszeniu niż normalnie – oznacza to tym samym mniejsze prawdopodobieństwo dojścia do ewentualnej eksplozji jądrowej (utrudnieniem tutaj dodatkowym jest wspomniane już niskie wzbogacenie paliwa).



    Natomiast w broni jądrowej dąży się do jak największgo skupienia wysokowzbogaconego paliwa w jak najmniejszej objętości, po to by mogło zajść w ułamku sekundy do rozszczepienia jak największej ilości jąder.

    Oto przykładowa bomba jądrowa – ta zrzucona na Nagasaki:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Fat_Man

    Jak widać ze schematów umieszczonych na powyższej stronie, zawierała już w sobie wystarczającą masę krytyczną Plutonu w postaci kuli...

    Dlaczego więc załoga Bombowca B-29 "Bockscar" nie wyparowała z samolotem w czasie lotu?

    Odpowiedź jest prosta, choć bomba "Fat Man" zawierała wystarczającą masę krytyczną Pu – i to nie w postaci rozdzielonych części jak w Uranowej bombie zrzuconej wcześniej na Hiroszimę, lecz w postaci kuli – to rozpoczęcie wydajnej i szybkiej reakcji łańcuchowej przeszkadzała w tym GEOMETRIA ŁADUNKU...

    Dopiero gdy kula ta uległa kompresji, poprzez eksplozje klasycznych ładunków wybuchowych, nastąpił wybuch jądrowy niszczący Nagasaki...

    Bomba ta, nawet uzbrojona mogła być przetransportowana nad cel, gdyż normalnie powierzchnia kuli Plutonu była znaczna w stosunku do objętości.
    Ponieważ powierzchnia kuli wyraża się wzorem (gdzie np.: r·r to oczywiście "r do kwadratu"):

    Kod:
    4·π·(r·r)


    Zaś objętość kuli:

    Kod:
    (4/3)·π·(r·r·r)


    To stosunek tych dwóch wielkości:

    Kod:
    [4·π·(r·r)] / [(4/3)·π·(r·r·r)] = 3/r


    A więc:
    Stosunek powierzchni do objętości kuli wynoszący 3/r jest odwrotnie proporcjonalny do promienia bryły.

    Dlatego też w przypadku poważnej awarii reaktora może dojść jedynie do stopienia rdzenia – jak to się stało chociażby w Three Mile Island i w Czarnobylu – ale nie do eksplozji jądrowej...






Posumowując:

Zniszczony reaktor jest wciąż faktycznie groźny, ale raczej pod względem ewentualnego dojścia do kolejnego wycieku. Jednak tym razem nastąpiłoby głównie skażenie okolicznej gleby, a atmosfery w minimalnym stopniu – bo teraz nie ma czynnika mogącego rozpylić radionuklidy jak w 1986 r.

Ze względu na to że 10 km strefa wokół Elektrowni jest obecnie niezamieszkana, a 30 km tylko w minimalnym stopniu, to rejon ewentualnego największego skażenia wokół Elektrowni, nie stanowiłaby dużej groźby dla populacji.

Realną groźbę stanowi dostanie się skażeń do pobliskiej rzeki Prypeć, a stamtąd przez Dniepr do Kijowa, jednak trzeba pamietać, że większość izotopów to chemicznie ciężkie metale więc większość z nich i tak stosunkowo szybko osiadłaby na zawsze w okolicznym mule...


Ostatnio edytowano 29 sie 2009 23:58 przez Andrzej_K, łącznie edytowano 1 raz

19 sie 2009 12:09
Zobacz profil
Avatar użytkownika

Dołączył(a): 02 lut 2009 16:01
Posty: 131
Lokalizacja: Warszawa
Post Re: To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK
Dobry artykuł. Dzięki ;)

_________________
http://www.youtube.com/user/PripyatExplorer <- filmiki z wyprawy Kwiecień '09
"Gdie druzja, tam Slawuticz!"


19 sie 2009 12:22
Zobacz profil
Avatar użytkownika

Dołączył(a): 10 wrz 2008 11:27
Posty: 494
Lokalizacja: Oleśnica k/ Wrocławia
Post Re: To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK
Good Job! :)

_________________
ZDJĘCIA: http://www.fotoferia.pl/u/pouln/folder/1311


26 wrz 2009 17:08
Zobacz profil

Dołączył(a): 05 cze 2010 14:52
Posty: 3
Lokalizacja: Łódź
Post Re: To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK
Mam pytanie trochę z innej beczki. Byłem dziś na rozmowie kwalifikacyjnej w elektrociepłowni i przypadkowo padło kilka pytań o elektrownie jądrowe. Jedno z nich brzmiało "W jaki sposób reguluje się mocą reaktora jądrowego". Odpowiedziałem, że za pomocą prętów kontrolnych. Ale podobno jest też inna dużo lepsza i powszechniejsza metoda kontroli mocy reaktora. Może mi ktoś podpowiedzieć z ciekawości jaka?


21 maja 2013 20:53
Zobacz profil
Avatar użytkownika

Dołączył(a): 19 lut 2011 20:58
Posty: 1658
Lokalizacja: Kraków
Post Re: To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK
A w PWR nie ma tak przypadkiem, że skoro woda jest moderatorem, to im mniej wody będzie tym mniejsza moc, oczywiście bez przesady xD

_________________
Мертвой листвою укрылась вся земля.
За стеной деревьев спрятались дома.
В этот город не вернутся никогда.

Dozymetry: Biełła, Polaron Pripyat, Graetz X50 ZS, RADtriage50, Terra P, DP-75
W Zonie: Kto by to liczył - pewnie ponad 100 dni


21 maja 2013 21:45
Zobacz profil
Avatar użytkownika

Dołączył(a): 22 kwi 2008 08:31
Posty: 992
Lokalizacja: Warszawa (+Świerk)
Post Re: To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK
Nie bardzo wiem, co należy rozumieć pod hasłem "innej, dużo lepszej i powszechniejszej metody kontroli mocy reaktora".

W reaktorach typu PWR i BWR (czyli znakomitej większości bloków energetycznych) stosuje się tak zwane "wypalające się trucizny" oraz ciekłe absorbery. Do paliwa jądrowego dodaje się Gd2O3 (trójtlenek gadolinu) a do wody chłodzącej kwas borowy. Gadolin i bor pochłaniają neutrony (są "truciznami", czyli pochłaniaczami), ale jednocześnie ulegają przemianom w inne izotopy o znacznie mniejszym przekroju czynnym na pochłanianie neutronów ("wypalają się"). Ponieważ w trakcie eksploatacji reaktora maleje reaktywność paliwa - oba te zjawiska nawzajem się kompensują. Trudno to nazwać regulacją mocy, raczej przeciwdziałaniem jej spadkowi w skali kilkunastu miesięcy eksploatacji.

W reaktorach typu BWR (z wodą wrzącą) dodatkowo dochodzi bardzo efektywny mechanizm samoregulacji mocy. W chwili jej zwiększenia intensyfikacji ulega powstawanie pary, której gęstość jest około 1350 razy mniejsza od gęstości wody. To powoduje drastyczne zmniejszenie moderowania neutronów, a więc i spadek mocy reaktora. Ale to jest samoregulacja na poziomie zadanym przez położenie prętów sterujących.


22 maja 2013 07:55
Zobacz profil

Dołączył(a): 05 cze 2010 14:52
Posty: 3
Lokalizacja: Łódź
Post Re: To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK
Bardzo dziękuje za fachowe wyjaśnienie tematu


22 maja 2013 20:00
Zobacz profil
Avatar użytkownika

Dołączył(a): 26 cze 2009 21:31
Posty: 465
Lokalizacja: Olkusz
Post Re: To i owo o reaktorach, a zwłaszcza typu RMBK
czestik napisał(a):
Mam pytanie trochę z innej beczki. Byłem dziś na rozmowie kwalifikacyjnej w elektrociepłowni i przypadkowo padło kilka pytań o elektrownie jądrowe. Jedno z nich brzmiało "W jaki sposób reguluje się mocą reaktora jądrowego". Odpowiedziałem, że za pomocą prętów kontrolnych. Ale podobno jest też inna dużo lepsza i powszechniejsza metoda kontroli mocy reaktora. Może mi ktoś podpowiedzieć z ciekawości jaka?



      ...pozwolę sobie uzupełnić fachową odpowiedź P. dr Marka Rabińskiego o opisanie technicznych aspektów sprawy dot. pomiarów mocy reaktorów lekkowodnych — któreż to pomiary są konieczne m.in. do właściwej kontroli mocy tychże reaktorów.






O sposobach pomiarów mocy reaktora słów "kilka".


Moc cieplną reaktora można mierzyć zarówno poprzez pomiar wytworzonego ciepła (tak samo jak w klasycznych silnikach cieplnych czy kotłach parowych), jak również poprzez pomiar wskazań różnych detektorów neutronów.
O ile pierwszy sposób jest prostszy technicznie do zrealizowania (np. użycie termopar, itp.), to w przypadku reaktora jądrowego są to pomiary mające znaczenie uzupełniające...
...bowiem akurat w fizyce reaktorowej najbardziej istotne jest monitorowanie GĘSTOŚCI NEUTRONÓW w przestrzeni rdzenia reaktora oraz oraz szybkości ich zmian — gdyż TO WŁAŚNIE ma bardzo ważne znaczenie dla bezpiecznej eksploatacji elektrowni jądrowej.



Trudność w detekcji neutronów polega m.in. na tym, że w odróżnieniu od cząstek α, czy β — nie jonizują bezpośrednio materii, z którą oddziałują... Wymaga to konstrukcji specjalnych detektorów, w których zachodzą np. charakterystyczne dla neutronów przemiany jądrowe, a te dopiero generują promieniowanie jonizujące, mogące być już mierzone różnego typu detektorami tegoż promieniowania...

Istotne jest też, to, że podczas rozruchu reaktora, strumień neutronów jest minimalny, w porównaniu ze strumieniem neutronów podczas normalnej pracy — różnica ta sięgać może aż dziesięciu dekad.
Oznacza, to, że NIE DA SIĘ zbudować uniwersalnego detektora neutronów dla wszystkich zakresów mocy reaktora i muszą być zastosowane różnego typu detektory, oto przykłady:
  • komora rozszczepieniowa — zawiera cieniutką warstwę U-235 lub Pu-239, które łatwo ulegają rozszczepieniu neutronami o dowolnie niskiej energii. Powstałe fragmenty rozszczepienia powodują jonizacje gazu wewnątrz komory, którą można mierzyć.
  • licznik proporcjonalny — wypełnia się odpowiednimi gazami, np. 3-He lub BF3. W reakcji z neutronem, 3-He rozpada się na 3-H i 1-H, które same w sobie dzięki dużej energii kinetycznej mają dużą zdolność jonizacji, jak również emitowany jest foton γ promieniowania jonizującego. Natomiast Bor (10-B) rozpada się na 7-Li + 4-He oraz foton(y) γ.
  • komora jonizacyjna — do pomiarów gęstości strumienia w zakresie energetycznym pracy reaktora, stosuje się komory jonizacyjne. Ponieważ strumieniowi neutronów z rdzenia towarzyszy też silny strumień fotonów γ (fotony te powstają w dużych ilościach podczas reakcji rozszczepiania, jak również rozpadów promieniotwórczych izobarów), które "fałszowałyby" wyniki pomiarów — stosuje się więc tzw. komory jonizacyjne skompensowane.
    Skonstruowane są one w ten sposób, że składają się z dwóch komór: jedna zawiera wspomniany wyżej trójfluorek boru, lub węglik boru (B4C) i reaguje zarówno na neutrony, jak i na fotony γ, druga komora zawiera gaz o nikłym przekroju czynnym na wychwyt neutronu (np.argon), a więc reaguje jedynie na fotony γ. Odejmując wartości prądu pierwszej komory oraz drugiej komory — otrzymuje się różnicę, odpowiadającą wyłącznie wartości gęstości strumienia neutronów.
  • detektor samozasilający (kolektron) — w odróżnieniu od komór jonizacyjnych, umieszczanych na zewnątrz rdzenia, kolektrony umieszcza się wewnątrz rdzenia, w odpowiednio dobranych miejscach, tak by uzyskać informacje o rozkładzie przestrzennym neutronów, czyli wytwarzanym w rdzeniu rozkładzie przestrzennym mocy.
    Kolektrony cechują się prostotą budowy i wytrzymałością na temperaturę i ciśnienie. Zbudowane są z emitera (najczęściej z Rodu lub Wanadu), warstwy izolatora i kolektora. Zgodnie z nazwą nie wymagają one zasilania, gdyż reakcje z neutronami:


          103-Rh (n, γ) 104-Rh ──{β- T½= 42 s. }─→ 104-Pd
            51-V   (n, γ)   52-V   ──{β- T½=228 s.}─→   52-Cr


    powodują powstanie β-promieniotwórczych izotopów. Cząstki β (elektrony) osiągają kolektor, a w emiterze powstaje dodatni potencjał. Połączenie emitera z kolektorem poprzez opornik, tworzy obwód zamknięty — a wtedy wystarczy zmierzyć mili-Woltomierzem napięcie, które jest wprost proporcjonalne do ilości przemian jądrowych w emiterze...
  • Detektor aktywacyjny — to stosunkowo nowy i niezależny od wcześniej wymienionych sposób pomiaru tzw. fluencji neutronów — stosowany ma być w np. reaktorze EPR. Są to druty, folie lub kuleczki z odpowiednio dobranych materiałów, umieszczane na zewnątrz lub wewnątrz rdzenia. W przypadku detektorów aktywacyjnych wewnątrz rdzenia, umieszcza się je w specjalnych suchych kanałach, które zawierają kulki ładowane i rozładowywane pneumatycznie sprężonym powietrzem.
    Kulki te znajdują się przez określony czas wewnątrz rdzenia, a po rozładowaniu mierzy się jaką mają aktywność nuklidy powstałe w tych kulkach w reakcjach z neutronami — co odpowiada wprost proporcjonalnie do gęstości neutronów w danym miejscu. Zastosowanie różnego typu materiałów na detektory aktywacyjne, pozwala oceniać fluencje neutronów o różnych energiach.

Ocena za pomocą różnego typu sond pomiarowych gęstości strumieni neutronów pozwala m.in. na optymalizację "wypalania" paliwa. Zaś wielomiejscowa kontrola pól neutronów i temperatury pozwala w porę zapobiegać powstaniu w którejś części rdzenia nadmiernemu gradientowi temperatury, co grozi uszkodzeniem koszulek paliwa i uwolnienia promieniotwórczych izotopów do obiegu cieczy chłodzącej reaktora. Prócz tego zewnętrzne detektorów poza rdzeniem, jak również stalową obudową reaktora, pozwalają ocenić ilość neutronów prędkich wydostających się poza obszar rdzenia i reaktora (aczkolwiek neutrony te zatrzymywane są w 2-metrowej osłonie biologicznej z ciężkiego betonu, tj. betonu zmieszanego z rudą żelaza) — ocena fluencji tychże prędkich neutronów, pozwalać będzie na konserwację na bieżąco zbiornika ciśnieniowego reaktora, po to by zmaksymalizować jego bezpieczną eksploatację.

    Na koniec dodam, że w przykładowym reaktorze III Generacji, typu EPR, mają się znaleźć następujące urządzenia pomiarowe:
    • zewnętrzne detektory poza zbiornikiem reaktora, do pomiaru gęstości neutronów, które "uciekły" z obszaru rdzenia
    • detektory aktywacyjne wewnątrz rdzenia, do pomiaru przestrzennego rozkładu strumieni neutronów
    • zestaw termopar wewnątrz rdzenia do pomiaru temperatury
    • dwanaście kanałów pomiarowych, a w każdym z nich: trzy termopary do pomiaru temperatury cieczy chłodzącej na wyjściu, sześć detektorów samozasilających, 3-4 zasobniki z detektorami aktywacyjnymi
    • termopary w górnej przestrzeni reaktora
    • osiemdziesiąt dziewięć kaset prętów sterowniczych, rzecz jasna z czujnikami ich położenia itp.
    • cztery czujniki pomiaru poziomu cieczy chłodzącej



Literatura:
Celiński Z., Energetyka Jądrowa, PWN 1991
Kubowski J., Nowoczesne elektrownie jądrowe, WNT 2010


25 maja 2013 17:15
Zobacz profil
Wyświetl posty nie starsze niż:  Sortuj wg  
Utwórz nowy wątek Odpowiedz w wątku  [ Posty: 8 ] 


Kto przegląda forum

Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników i 14 gości


Nie możesz rozpoczynać nowych wątków
Nie możesz odpowiadać w wątkach
Nie możesz edytować swoich postów
Nie możesz usuwać swoich postów
Nie możesz dodawać załączników

Szukaj:
Skocz do:  
Powered by phpBB © phpBB Group.
Designed by Vjacheslav Trushkin for Free Forums/DivisionCore.
Przyjazne użytkownikom polskie wsparcie phpBB3 - phpBB3.PL