Wstęp

W latach czterdziestych w związku z powstaniem pierwszych reaktorów powstał nowy typ elektrowni - elektrownie jądrowe. Elektrownia jądrowa należy do grupy elektrowni cieplnych, w których kocioł parowy został zastąpiony reaktorem jądrowym. W odróżnieniu od rozwiązań klasycznych, w elektrowni jądrowej energię uzyskuje się nie w wyniku spalania paliw kopalnych, lecz w wyniku rozszczepiania jąder atomowych. Ciepło powstałe w reaktorze jądrowym zamieniane jest następnie na energię mechaniczną, potrzebną do generacji prądu elektrycznego.

Wytwarzanie energii jądrowej jest jednym z etapów cyklu paliwowego, który stanowi obieg paliwa jądrowego obejmujący kolejne fazy jego przetwarzania. Obieg ten rozpoczyna się od wydobycia paliwa w kopalni rudy, poprzez produkcję koncentratu, jego przerób chemiczny, wzbogacenie izotopowe, wytwarzanie paliwa reaktorowego, a następnie jego spalanie w reaktorze oraz przerób i ostateczne składowanie odpadów promieniotwórczych.

Bryłki rud uranowych wykorzystywane do produkcji paliwa jądrowego oraz produkt ich przerobu czyli tzw. "yellow cake"

 

Struktura elektrowni jądrowej na przykładzie elektrowni z reaktorem wodnym

Część konwencjonalna elektrowni jest charakterystyczna dla wszystkich typów elektrowni cieplnych. Jest w zasadzie identyczna jak w elektrowni klasycznej opalanej paliwami kopalnymi. Jedyne różnice dotyczą parametrów technicznymi wykorzystywanych urządzeń. Część jądrowa elektrowni, składa się natomiast z trzech zasadniczych elementów: reaktora, pomp cyrkulacyjnych oraz wytwornicy pary. Elementy te są ze sobą odpowiednio połączone przez zespół rurociągów tworzących tzw. obieg pierwotny wody. Jest to obieg zamknięty, w którym woda transportuje energię cieplną z reaktora do wytwornicy pary. W celu skompensowania zmian objętości wody w obiegu pierwotnym, jakie następują wskutek zmian temperatury, przyłącza się do niego dodatkowo tzw. regulator ciśnienia.

Wytwornica pary stanowi element wspólny obydwu obiegów występujących w elektrowni. Woda dostarczona do niej z obiegu wtórnego odbiera ciepło od wody obiegu pierwotnego w wyniku czego powstaje para wodna, przepływająca następnie rurociągiem pod wysokim ciśnieniem (rzędu 6 MPa) od wytwornicy do turbiny parowej. W wyniku rozprężenia dostarczonej pary w zespole kolejnych turbin, następuje obrót wału generatora elektrycznego, co skutkuje generacją prądu elektrycznego. [1],[2],[3].

Budowa typowej elektrowni jądrowej z reaktorem wodnym ciśnieniowym [14]

Para wodna przepływając przez turbiny ulega ochłodzeniu, po czym dopływa do skraplacza pary (kondensatora), gdzie dzięki dodatkowemu obiegowi wody chłodzącej ulega skropleniu.

Istnienie dwóch obiegów wodnych wynika z konieczności izolacji obiegu wody mającej bezpośrednią styczność z rdzeniem reaktora oraz obiegu wody, która (w postaci parowodnej) napędza turbiny generatora. Dlatego w przypadku ewentualnego wydostania się do wody chłodzącej substancji promieniotwórczych w wyniku uszkodzeniu pręta paliwowego, skażenie ograniczone zostaje jedynie do obiegu pierwotnego.

Reaktor jądrowy stanowi jedyne źródło ciepła elektrowni jądrowej i jest odpowiednikiem kotła parowego występującego w klasycznej elektrowni węglowej. W wyniku odpowiedniego sterowania praca reaktora, energia cieplna wyzwalana jest w sposób kontrolowany. Szczegółowy opis budowy reaktora jądrowego podany został w dalszej części pracy.