Digitální učební materiál Autor: Ing. Pavel Horlivý Předmět/vzdělávací oblast: Elektrotechnický základ Tematická oblast: Elektromagnetická indukce Téma: Výroba elektrické energie Ročník: 3. – 4. Datum vytvoření: březen 2013 Název: VY_32_INOVACE_15.1.03. ELE Anotace: Aplikace štěpné reakce. Princip a využití jednoho zdroje energie – jaderné reakce. Prezentace je určena pro výuku žáků oboru Telekomunikace. Využitím grafických možností sady Microsoft Office 2010 se materiál stává inovativním zejména přehledností výkladu odborného tématu. Využití multimediálních prostředků zvyšuje názornost výuky, usnadňuje porozumění tématu i u slabších žáků a žáků se SPU, udržuje jejich pozornost, podporuje jejich zájem a aktivitu. Metodický pokyn: Materiál je určen pro výuku, vyžaduje použití PC a dataprojektoru. Prezentace primárně slouží pro výklad v hodině, ale může být využita i k samostudiu a pro distanční formu vzdělávání. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků – PC a dataprojektoru.

VÝROBA ELEKTRICKÉ ENERGIE JADERNÁ ELEKTRÁRNA

Jaderné elektrárny Jedná se v podstatě o tepelnou elektrárnu, v níž se energie potřebná pro výrobu páry získává přeměnou jaderné energie. Základem této elektrárny je jaderný reaktor, v němž probíhá proces štěpení jader paliva. Při tom se uvolňuje značná energie, která se přenáší (nejčastěji vodou) do výměníku tepla.

Rozdělení jaderné elektrárny Primární okruh Sekundární okruh Chladící okruh Pomocné provozy

Schéma jaderné elektrárny

Reaktorová hala, uzavřená v nepropustném kontejnmentu. Chladicí věž. Tlakovodní reaktor. Řídící tyče. Kompenzátor objemu. Parogenerátor (horká voda v něm pod vysokým tlakem vyrábí páru v sekundárním okruhu). Aktivní zóna. Turbína - vysokotlaký a nízkotlaký stupeň. Elektrický generátor. Transformační stanice. Kondenzátor sekundárního okruhu. Plynný stav. Kapalný stav. Přívod vzduchu do chladicí věže. Odvod teplého vzduchu a páry komínovým efektem. Řeka. Chladící okruh. Primární okruh (voda pouze kapalná pod vysokým tlakem). Sekundární okruh (červeně značena pára, modře voda). Oblaka vzniklá kondenzací vypařené chladicí vody. Pumpa.

Primární okruh Primární okruh je celý uložen v ochranné obálce (kontejmentu) z předpjatého betonu. Skládá se z vlastního reaktoru, bazénu vyhořelého paliva, kompenzátoru objemu, parogenerátoru a hlavních cirkulačních čerpadel. V parogenerátoru se pomocí chladicí vody z reaktoru o teplotě asi 324°C ohřívá voda sekundárního okruhu a mění se na ostrou páru.

Sekundární okruh Sekundární okruh vede z parogenerátoru páru do turbíny, kde roztáčí elektrický generátor. Pára odchází z turbíny do kondenzátoru ve kterém je chlazena prostřednictvím třetího chladicího okruhu. Chladicí voda z kondenzátoru je odváděna do chladicích věží, kde se z výšky asi 15 m rozstřikuje a chladí protitahem proudícího vzduchu.

Jaderný reaktor Nejrozšířenějším typem jaderných reaktorů jsou tlakovodní reaktory. PWR Pressurized light-Water Reactor U nás se jedná o reaktory označené VVER 440 Dukovany VVER 1000 - Temelín Varný reaktor je 2. nejrozšířenějším jednookruhovým typem. BWR – Boiling Water Reactor

Reaktor Je tvořen tlakovou nádobou se silnými stěnami (asi 20 cm) z nerezové oceli. Má hmotnost 320 tun, výšku 11 m a průměr 4,5 m. S nadstavbou, kterou tvoří regulační tyče a jejich pohony, je celý reaktor vysoký asi 20 m. Aktivní zóna, v níž jsou umístěny palivové kazety, má výšku 3 m a průměr 3,5 m Ocelová tlaková nádoba je zároveň prvním krytem reaktoru, který chrání proti úniku radioaktivních látek při menších poruchách.

Palivo Palivem je oxid uraničitý ve formě tabletek seřazených do palivových proutků. Proutky tvořené zavařenými trubkami ze zirkoniové slitiny tvoří palivovou kazetu. Paliva je v reaktoru přibližně 80 tun a jednou ročně se vymění asi jedna čtvrtina vyhořelého paliva za čerstvé.

Štěpení jádra V palivu dochází ke štěpné reakci. Jádra atomu uranu se štěpí pomalým neutronem na dvě lehčí jádra a dva nebo tři další neutrony. Štěpné úlomky odlétají velkou rychlostí a díky jejich kinetické energii se ohřívá chladivo. Vylétající neutrony jsou rychlé, a proto aby mohly rozštěpit další jádra uranu, musí být zpomaleny tzv. moderátorem, což je opět voda (používá se též grafit nebo těžká voda D2O). Průběh štěpné reakce se řídí tzv. regulačními tyčemi. Tyče obsahují látku, která pohlcuje neutrony, tzv. absorbátor (bór, kadmium).

Regulace štěpné reakce Pomocí zasouvání a vysouvání bórových tyčí se řídí počet volných neutronů, které se účastní dalších štěpných reakcí. Tímto způsobem se řetězová štěpná reakce dá zpomalit, nebo úplně zastavit.

Otázky k tématu Vysvětli princip jaderné elektrárny. Jaké znáš jaderné elektrárny v ČR? Popiš podle obrázku jednotlivé okruhy elektrárny. Čím se řídí průběh štěpné reakce? Co je to moderátor? Jaké palivo a v jaké formě se používá v jaderné elektrárně?

Použité zdroje TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006, 623 s. ISBN 80-867-0613-3. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Pavel Horlivý. Obrázky: JAPO. Wikipedia.cz [online]. [cit. 20.3.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:JETE3.JPG KUNTOFF, Steffen. Wikipedia.cz [online]. [cit. 20.3.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nuclear_power_plant-pressurized_water_reactor-PWR.png