Jaderný reaktor a jaderná elektrárna

JADERNÁ ELEKTRÁRNA A JADERNÝ REAKTOR (SCHEMA) – primární okruh

sekundární okruh

chladírenský okruh a vyvedení el. proudu

Jaderný reaktor je zařízení, v němž se energie uvolněná při jaderném štěpení přeměňuje na energii tepelnou, která se pak v klasické elektrárenské části využívá k výrobě elektrické energie. Reaktory mají rozmanité konstrukce, princip činnosti i oblast využití. V další části se budeme zabývat jenom lehkovodním tlakovým reaktorem PWR (Pressurized light-Water cooled and moderated Reactor), který najdeme v obou našich jaderných elektrárnách.

Palivem je obohacený uran ve formě oxidu uraničitého UO2, moderátorem i chladivem obyčejná voda. Přírodní uran je složen ze dvou izotopů s nukleonovými čísly 238 a 235. Chemický prvek má jeden nebo více izotopů – tj. souborů atomů, které mají shodné protonové, ale různé nukleonové číslo. Pro štěpení je vhodný jenom izotop 235, kterého je v přírodním uranu pouze 0,7 % a proto se musí jaderné palivo tímto izotopem uměle obohacovat. 

V jaderném reaktoru dochází k řízené štěpné reakci v palivu - jádra izotopu 92 U 235 zasažená pomalými neutrony se rozpadají na jádra lehčích prvků (odštěpky, fragmenty) a současně se při každém štěpení uvolní 2 - 3 rychlé neutrony.

Pravděpodobnost štěpení jádra uranu je tím větší, čím pomalejší jsou ostřelující neutrony. Zpomalování neutronů se děje jejich srážkami s jádry moderátoru, který obklopuje palivo. Zpomalené neutrony buď štěpí jádra uranu, nebo jsou pohlcovány stíněním reaktoru nebo materiálem (absorbátorem) regulačních tyčí. Pomocí regulačních tyčí se reguluje množství volných neutronů v reaktoru a tím i průběh štěpení a výkon reaktoru.

Okamžité zastavení reakce zajišťují bezpečnostní tyče, které obsahují mnohem vyšší koncentraci absorbátoru. Pozvolné regulace změn výkonu se dosahuje změnou koncentrace kyseliny borité v chladivu. Část reaktoru, ve které je uloženo palivo a ve které probíhá štěpná reakce, se nazývá aktivní zóna. Vzniklé teplo se z aktivní zóny odvádí chladivem a slouží v parogenerátoru k výrobě páry pro pohon turbogenerátoru elektrárny.

Výměna paliva probíhá při zastaveném reaktoru zpravidla jednou za 1 až 1,5 roku. Přitom se nahradí 1/4 až 1/3 palivových kazet a nahradí se kazetami s čerstvým palivem. Použité (nesprávně označované jako "vyhořelé") palivo se navenek nijak neliší od paliva čerstvého, změnila se jeho vnitřní struktura - místo části jader uranu 235 se v něm vyskytují jádra fragmentů a palivo se stalo radioaktivním.

Výměna probíhá pod vodou, kazety s použitým palivem se několik let ochlazují v bazénu vedle reaktoru a teprve pak se přemístí do meziskladu použitého paliva.

VELÍN

MEZISKLAD VYHOŘELÉHO PALIVA DUKOVANY

DUKOVANY

TEMELÍN