4. generci³s reaktorok

  • View
    39

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

4. generációs reaktorok. Keresztúri András, Maráczy Csaba, Tóta Ádám, Hegyi György, Pataki István, Elter Zsolt Magyar Fizikus Vándorgyűlés Debrecen, 2013. augusztus 21-24 . Vázlat - Atomerőművek generációi - A 4. generációs reaktorokkal kapcsolatos célkitűzések - PowerPoint PPT Presentation

Text of 4. generci³s reaktorok

Elads cme

4. genercis reaktorok

Keresztri Andrs, Marczy Csaba, Tta dm, Hegyi Gyrgy, Pataki Istvn, Elter Zsolt

Magyar Fizikus VndorgylsDebrecen, 2013. augusztus 21-24.1Vzlat

- Atomermvek genercii- A 4. genercis reaktorokkal kapcsolatos clkitzsek- Az zemanyagciklussal kapcsolatos ltalnos szempontok- Az egyes tpusok ismertetse, rtkelse biztonsg. Az egyes esetekben felmerl problmk, melyek tovbbi vizsglatokat, jtsokat, fejlesztseket tesznek szksgessFolykony ntrium-hts gyorsspektrum reaktorFolykony lom-hts gyorsspektrum reaktorGzhts gyorsspektrum reaktorNagyon magas hmrsklet termikus spektrum reaktorSzuperkritikus vzzel httt reaktor- MTA EK szmtsi eredmnyek: znatervezs, biztonsgi elemzs

2

Atomermvek genercii3genercis ermvek:

- 19501960 vek - Korai prototpusok, nagy bonyolultsg, mdostst ignyl megoldsokUSA-ban: Shippingport PWR; trium alap tenyszts is, Dresden BWR, Fermi I FBR,UK: Magnox CO2 hts, grafit moderls, termszetes urn, VVER-440/230 tpus atomermvek.

2. genercis ermvek

- 1. genercis tapasztalatok felhasznlsa utn a ma mkd ermvek-19701990 vek: PWR, BWR, CANDU nyugati orszgokban VVER- s RBMK-tpus knnyvizes reaktorok a SzovjetunibanHTGR: nagy hmrsklet gzhtses reaktorAGR: javtott grafitmoderls gzhtses reaktorMagnox: grafitmoderls gzhtses reaktorLMFR: folykony-fm-hts gyors szaport reaktor

Atomermvek genercii43. genercis atomermvek:

- A csernobili atomerm balesete utn kifejlesztett atomermvek- Jobb biztonsgi s gazdasgossgi paramterek- Szabvnyostott tervek- Alacsonyabb fajlagos beruhzsi kltsg- Rvidebb ptsi id- Trekvs az inherens biztonsg s a passzv vdelem irnyban- Hosszabb az zemi lettartam (pl. 60 v). A znaolvadsos balesetek kisebb valsznsge (~106/reaktorv) Magasabb kigetsi szint hatkonyabb zemanyag-felhasznls, kevesebb kigett zemanyag Rvid (0.1 MeV) flux max. 1014 n/cm2/s 12.48.4-32%Burn-up max. at%2.01.8-10%Dose max dpa SiC2215-32%R=Dose/Burn-up, Dpa SiC/at%11.08.3-25%

Az ALLEGRO demonstrtor s a tervezett erm znja52

MTA EK szmts: a vzbetrs reaktivits nvel hatsa az ALLEGRO demonstrcis reaktorban53

%Pu => positive impact on small core

But with big core (MOX or ceramic pin) => negative impact=> GFR behaviour (positive impact) is due to its type of core : ceramic plates with a pitch of 17.83 cm MTA EK szmts: a vzbetrs reaktivits nvel hatsa az ALLEGRO demonstrcis reaktorban s a tervezett 2400 MW-os ermben (klnbz ftelemek)10. dia

bc = big core (A GFR meretu zona)OC = operating conditions (a GFR uzemi homerseklete)

VHTR, Nagyon magas hmrsklet termikus spektrum reaktor 54

VHTR, Nagyon magas hmrsklet termikus spektrum reaktor 5555Application of new fuel types

TRISO (TRistructural ISOtropic) ftelem

Gmb alak rszecskk, bennk a ftelem mag, tmrjk 1 mm. Reaktoronknt hozzvetlegesen 109 db rszecske

Maximlis norml zemi hmrsklet 1600 oC, ekkor a srlsi hnyad 10-5Folytonos hlium tisztts szksges.Egy-egy zemzavar esetn maximum 2000 oC-ig nincs jelentsebb mrtk burkolat srls.A mag olvadspontja 2700 oC5656Application of new fuel types

A TRISO rszecskk ktfajta elhelyezkedse a grafit mtrixbanNagy rugalmassg lehetsges a srsgben, ami illeszthet a biztonsgi kvetelmnyekhez inherens biztonsg, a sugrzsos h-vesztesg elegend a maradvny-h eltvoltshoz Golygyas reaktorPrizmatilkus ftelemHe htkzeg, 50-90 bar nyoms, tlagosan 500 oCMaximlis kilp hmrsklet 900 oC jd-kn alap termokmiai hidrogntermels lehetsges50 % hatsfokAlacsony teljestmny-srssg: 4-10 MW/m35757Application of new fuel typesPrizmatikus ftelem

5858Application of new fuel typesReactorDragon Peach Bottom AVR Fort St. Vrain THTR HTTR HTR-10Location UK USA Germany USA Germany Japan ChinaPower (MWt) 20 11546842 750 3010Fuel Elements Cyl.Cyl. Sph.Hex. Sph. Hex.Sph.He Temp In/Out C350/750 377/750 270/950 400/775 270/750 395/950300/900He Press (Bar) 20 22.5 11 48 40 40 20Power Density (MW/m3) 14 8.3 2.3 6.3 6 2.5 2Fuel Kernel Carbide Carbide Oxide Carbide Oxide Oxide OxideFuel Enrichment LEU/HEU HEU HEU HEUHEU LEULEUOperation Year1965-1975 1967-1974 1968-1988 1979-1989 1985-1989 1998 - 1998 -Megvalsult reaktorokKna 2013-ban tervezett elindtani kt 250 MWth golys blokkot 5960Biztonsg

Inherens biztonsgi elem: Nem tl nagy teljestmny est lellts utni maradvny-h eltvolthat hvezetssel s sugrzsi h-vesztesggel.

Lehetsges problmk

- Grafit tzWindscale 1957, Wigner effektusCsernobil 1986, eltte robbans, a grafit fragmentcija- Vzbetrs, a reaktivits nvekedse nem kizrhat, ghet gzok keletkezhetnek a grafit s vzgz reakcijbl

61HPLWR: High Performance Light Water Reactor, az eurpai Supercritical Water Cooled Reactor (SCWR)

Clkitzs: egy termodinamikailag szuperkritikus tartomnyban mkd magas hatsfok knnyvizes reaktor vizsglata.Az egykrs, a kritikusnl nagyobb nyoms reaktorban a vz fzistalakuls nlkl melegszik fel, nagy entalpia emelkedssel.

Az SCWR sematikus rajza62Az alaptlet az tvenes vekbl szrmazik, ekkor lltottk csatasorba az els magas hatsfok szuperkritikus tartomnyban mkd szntzels ermveket az USA-ban.A kilp htkzeg kzvetlenl hajtja meg a turbint, gy az erm szerkezeti kialaktsa egyszer. (Alacsony beruhzsi kltsg lehetsge)A termikus hatsfok ~44% . (Alacsony elektromos energia ellltsi kltsg lehetsge)A rendszer nyomsa a reaktorban a vz termodinamikai kritikus nyomst meghaladja, gy nem mutat fzistalakulst, a nyoms fennmaradsa esetn nincs forrsos krzis, csak a htads bizonyos mrtk leromlsa fordulhat el.A magas hmrsklet szuperkritikus vz kis srsge miatt a htvzen kvl egyb modertort is felhasznlnak a termikus reaktorznban:- A kazettk kztti rs vizt.- A modertorcsben raml vizet.A htkzeg tlagos entalpiaemelkedse kzel 2000 kJ/kg, amely tbb mint tzszeresen meghaladja a nyomottvizes reaktorok rtkt. Ez a nagy entalpiaemelkeds a forrcsatornkban olyan burkolathmrskletet eredmnyezne, amely tl van minden sszer anyagtudomnyi hatrrtken. Magas, kb. 500 C tlagos kilp hmrsklet kell ahhoz, hogy a htkzeg kzvetlenl rvezethet legyen a turbinra, ugyanakkor a maximlis burkolathmrskletnek elegenden alacsonynak kell lennie.A HPLWR reaktor 3 utas znja a forr pontok hmrskletnek cskkentsre szolgl. A htvz hromszor ramlik t a znn, minden egyes thalads utn keveredik a fels, vagy als keverterekben.

HPLWR: High Performance Light Water ReactorA modertor ramlsa (50%):Modertor vz (le a modertorcsvekben) Rs vz (fl a kazettk kzti rsekben) Reflektor vz (le az aclreflektorba) Als kevertr vize (kevereds a gyrkamra vizvel)A gyrkamra viznek ramlsa (50%):Gyrkamra vize (lefel)tramls az als kevertr lyukacsos lemezn (kevereds a modertor vzzel)A HPLWR ramlsi smjaA belp tmegram felosztsa:50% fel (modertor)50% le (gyrkamra)

Gyrkamra (50% le)Modertor (50% fel)Belp kzeg:280C25 MPa1179 kg/sHtvz (100%):Elgzlgtet (fel)1.Tlhevt (le)2.Tlhevt (fel)Htvz(100% fel, le, fel)Fels keverterekGyrkamraAls keverterekKilp kzeg:500C

A hrom-utas zna6363We have 4 circumferential inlet pipes into the reactor, with a total mass flow rate of 1179 kg/s at an inlet temperatur of 280C at 25 MPa.The total mass flow will be splitted in a 50% upwards flow into the upper dome, which will also be used as moderator and a 50% downwards flow into the lower dome.The moderator flow Downcomer flowCore flow

64Minden szakmai elrejelzs szerint a vilg villamosenergia-felhasznlsnak nvekedse folytatdni fog, s az gy is nagyon magas CO2kibocsts mg tovbb emelkedhet. Az adott helyzetben a tovbbi lehetsgek kihasznlsa mellett nem hagyhat figyelmen kvl az a versenykpes alternatva sem, amit az atomenergia jelent. gy felmerlt az igny a modernebb, a jelen s az elrelthat jv kihvsait sokkal jobban kielgt, 4. genercis nukleris-energia termel rendszerek megtervezsre. A legfontosabb clkitzsek a fenntartsg biztostsa vagyis az urnkszletek kihasznlsa s a nagyaktivits hulladk krnyezeti hatsainak drasztikus cskkentse. Mindez csak az eddigiektl eltr, gyors neutron spektrum ermvek alkalmazsval rhet el.

A szksges fejlesztsek melyek egy rszt az elads ismertette csak lpsrl lpsre, jelents volumen kutatsi programok, komponens tesztek, ksrleti s demonstrcis reaktorok megvalstsval rhetk el. A legelrehaladottabb helyzetben jelenleg a Na hts verzi van. Ehhez kpest 10-20 ves kssben van a tovbbi (lom s gzhts ) tpusok tervezse, fejlesztse.sszefoglals65sszefoglals

Ksznm a figyelmet!

66

View more >