Tananyag választó:
A nyomottvizes atomreaktor működése - Megoldás

Megoldás

1) Az aktív zóna:
A természetben nagy mennyiségben megtalálható, hasadó anyag az urán 235-ös izotópja. A természetes uránban ennek az izotópnak az aránya 0,7%. Kedvezőbbek a láncreakció feltételei, ha nagyobb arányban van jelen ez az izotóp. Léteznek olyan eljárások, amivel egy elem különböző izotópjait szét lehet választani. Egy ilyen, ipari méretekben is alkalmazható eljárással elérhető, hogy a 235-ös uránizotóp aránya növekedjék. Ezt a folyamatot dúsításnak nevezik. A legtöbb reaktorban használt dúsított uránban a 235-ös urán izotóp aránya 2-4% közötti.
A láncreakciónak és a következtében felszabaduló hatalmas energia hasznosításának két lehetséges módja van. A hasadásos reaktorokban a láncreakció ellenőrzött formában zajlik és hőenergia termelésére használják. A keletkező hő segítségével áramot termelnek. A másik felhasználás a hasadásos bomba (atombomba).
A hasadásos reaktorokban a láncreakció megvalósításához a következő feladatokat kell megoldani:
Dúsítás: a megfelelő fűtőanyag (hasadó anyag) előállítása.
Lassítás: a maghasadáskor keletkező gyors neutronokat le kell lassítani, hogy újabb hasadást tudjanak előidézni.
Reflektor: meg kell akadályozni, hogy a neutronok kiszökjenek a reaktorból.
Szabályozás:a hasadást előidéző neutronok számát szabályozni kell, hogy a reaktor nehogy fölrobbanjon.
Hűtés: a reaktort hűteni kell, nehogy túl melegedjen.
2) A szabályozórudak:

A 235-ös urán izotóphasadásakor keletkező 2 - 3 gyors neutront le kell lassítani, hogy újabb maghasadást okozzanak Ezek a neutronok ugyanis nem lépnek kölcsönhatásba a 235-ös urán izotóppal, a 238-as izotóp viszont képes a befogásukra.
A gyors neutronok lelassítására olyan könnyű atommagok alkalmasak, amelyek nem fogják be őket. Azért kellenek könnyű atommagok, mert két közel azonos tömegű részecske ütközése esetén veszíti a gyorsabb a legtöbb energiát. Nehéz magokkal történő ütközésnél a neutronenergiája alig csökken. Hasonló történik, mint a fejelő focista és a labda között.
Azt az anyagot, amelyet a neutronok lassítására használnak, lassító közegnek, moderátornak nevezik.
Lassító közegként használják a vizet, a grafitot. A neutronok lelassulás előtti befogását úgy kerülik el, hogy a hasadó anyagot vékony rudak formájában helyezik el a reaktortérben. Ezek a rudak a fűtőelemek. A fűtőelemek közötti térben található a lassító közeg (víz vagy grafit). A keletkező neutronok nagy része kirepül a vékony fűtőelemrudakból és a lassító közegatommagjaival ütközve lelassul. Ezután újabb fűtőelembe jutva előbb-utóbb ütközik egy 235-ös urán izotóppal, és maghasadást idéz elő.
A 235-ös urán izotóphasadásakor átlagosan 2,47 neutron keletkezik. Ha ezek közül átlagosan egynél több neutront lelassítanak, akkor a hasadást előidéző neutronok száma folyamatosan növekedne. Ez azt eredményezné, hogy egyre több hasadás következne be azonos idő alatt, azaz a reaktor felrobbanna. Ennek elkerülésére a neutronok számát állandó szinten kell tartani, szabályozni kell. A neutronok számát kétféle módon szabályozzák. A reaktorban keringő hűtővízben bórt oldanak fel, mert a bór erősen neutronelnyelő anyag. Mennyiségét úgy állítják be, hogy a hasadásonként átlagosan megmaradó neutronok száma csak kevéssel legyen több mint egy. A finom szabályozást az aktív zónába benyúló szabályozórudakkal végzik. Ezek a szabályozórudak a neutront erősen elnyelő kadmiumot tartalmaznak. Lehet változtatni, hogy mennyire nyúljanak be az aktív zónába. Ha növelni akarják a neutronok számát, azaz a teljesítményt, akkor kijjebb húzzák a rudakat. Amikor a teljesítmény a kívánt értékre növekedett, akkor visszatolják, és állandónak tartják a neutronok számát.
3)-7) A hűtés:
A reaktort természetesen hűteni is kell. A nyomottvizes reaktorban három hűtőkör van. Ezek egymástól teljesen függetlenek. Az első kör a reaktor hűtésére szolgál, de a nyomottvizes reaktorban a hűtővíz egyúttal a moderátor szerepét is betölti. Azért használnak nagy nyomású vizet, hogy megakadályozzák a forrást. A hűtővíz a hőcserélőben felforralja a második vízkör vizét, amely nagynyomású gőzként kerül a turbinára. A turbináról távozó gőzt lecsapatják, majd visszavezetik a hőcserélőbe. A gőz lecsapatásához használják a harmadik vízkört. Az első kettő kör teljesen zárt, azokból víz nem kerül ki. A három körben található vizek soha nem érintkeznek. A gőz lecsapatásához, a harmadik vízkörben már lehet egy folyó vizét használni (Pakson a Duna vizét használják hűtésre). Fontos tudni, hogy a harmadik körben használt folyóvíz mindössze 3-4°°C-ot melegszik


Kapcsolódó információk: