Fyzika - jaderná elektrárna

Created by Honza Šuráň

#elektrárna, #elektřina, #fyzika

aktivní zóna (7)

• v aktivní zóně reaktoru se nechází radioaktivní palivo a probíhají zde štěpné reakce
• štěpí se především izotop uranu U²³⁵, výjimečně i U²³⁸
• princip: neutronem se rozbije atom uranu na dva atomy s menším protonovým číslem za vzniku zhruba 202,5 MeV = 3,244×10⁻¹¹ J energie (viz obrázek)
• energie ve formě tepla → zahřívá vodu, která teče okruhem

reaktor

regulační tyče (4)

• přebytečné neutrony vzniklé štěpnou reakcí jsou odváděny do regulačních tyčí, které je absorbují
• prvky, které jsou absorpce vysokého množství neutronů schopny, jsou např. bór a kadmium
• tyče je možno vsouvat a vysouvat podle potřeby

schéma přímo s popisky

schéma

čerpadlo

• zajištuje oběh vody v primárním okruhu

reaktorová hala (1)

• protože je zde vysoká radioaktivita, je celý okruh uzavřen v silně izolované reaktorové hale

kompenzátor objemu (5)

• má za úkol držet v primárním okruhu stálý tlak takový, aby se v něm voda nevypařila

kompenzátor objemu

18: primární okruh

• jaderné štěpení, ohřev vody za účelem převedení jejího tepla do sekundárního okruhu

princip v jedné minutě

JADERNÁ ELEKTRÁRNA

schéma z Wikipedie

parogenerátor (6)

• sem vede potrubí z primárního okruhu s velmi horkou vodou
• pomocí jejího tepla se ohřívá voda v sekunárním okruhu s malými ztrátami
• je to vedeno potrubím s vodou, protože jsou na delší vzdálenost menší ztráty - sekundární okruh musí být mimo radioaktivní zónu

parogenerátor

pumpa (21)

• zajišťuje stálou cirkulaci tzv. napájecí vody v sekundárním okruhu

19: sekundární okruh

• pára -> elektřina
• červená: pára, modrá: voda
• nelze okruhy sloučit, protože v primárním je na rozdíl od sekundárního voda radioaktivní

parní turbína (8)

• tzv. napájecí voda se vypařuje a rozpíná se do turbíny, kterou tím roztáčí
• turbína je spojena s generátorem, roztáčení turbíny pohání generátor

parní turbína

parní kondenzátor (11)

• pro maximální možnost expanze páry v parní turbíně dochází ke kondenzaci páry, která již svoji kinetickou energii v turbíně využila

parní kondenzátor

generátor (9)

• skládá se z rotoru a statoru
• rotor je roztáčený turbínou
• otáčením magnetického pole tvořeného cívkami rotoru se indukuje na cívkách pevného statoru střídavé elektrické napětí (mechanická → elektrická energie)

generátor

odvod tepla (17)

• voda přiváděná např. z řeky se v parním kondenzátoru na úkor sekundárního okruhu zahřívá
• v chladící věži, do které je odváděna, se část vypařuje do atmosféry; zbytek se ochlazuje a stéká do sběrné nádrže nacházející se pod věží

transformátor (10)

• změna střídavého napětí zdrojového obvodu na vyšší nebo nižší napětí výstupního obvodu

transformátor

Dukovany

fakta (červen 2019)

• 445 jaderných reaktorů v provozu
• největší producent: Francie (73 % produkce elektřiny)
• největší celková produkce: USA (100 GWe)
• další státy s více než 50 % podílem jaderné elektřiny: Slovensko, Ukrajina, Maďarsko a Belgie

historie

• 1938 - první úspěšný pokus o jaderné štěpení
• 1942 - první jaderný reaktor (chicagská univerzita)
• 1945 - americký jaderný útok na japonská města Hiroshima a Nagasaki za účelem rychlejšího ukončení války
• 1951 - první výroba elektřiny z jaderné energie
• 1954 - zapojení první jaderné elektrárny do sítě (ruský Obninsk)
• 1956 - britská elektrárna Calder Hall (první komerční jaderná elektrárna. vedlejší účel: výroba plutonia pro vojenské účely)
• 1957 - americká elektrárna Shippingort (první jaderná elektrárna pouze pro mírové účely)

Česko

• Dukovany: 4 reaktory (510 MW každý)
• Temelín: 2 reaktory (1082 MW, 1086 MW)
• celkem: 4208 MW (35 % celkové produkce)
• plány: dostavba 2 reaktorů v Dukovanech (oba 1200 MW)

odpůrci

• příčiny: nebezpečná rizika (viz Černobyl), vysoká cena, těžba paliva, jaderný odpad
• Rakousko
  • elektrárna Zwetendorf (téměř dokončená)
    • kvůli těsnému výsledku z referenda roku 1978 nebyla zprovozněna
  • místo toho vystavěna uhelná elektrárna Dürnrohr
  • odpor vůči české elektrárně Temelín
• Německo
  • od roku 1998 program útlumu jaderné energetiky
  • německou politiku podpořila havárie v japonské Fukušimě
  • jaderná energie je postupně nahrazována obnovitelnými zdroji

stoupenci

• jaderná energetika považována za jediné řešení energetické a klimatické krize
• jedno z mála možných řešení, které je reálné a ekologické
• např. nebýt provozu jaderných elektráren, bylo by do atmosféry vypuštěno za rok o 1,8 miliard tun CO₂ více.

elektrárny ve světě

• Three Mile Island
• Fukušima
• Černobyl
• (všechny jsou známé díky svým výbuchům)

plány do budoucna

• termojaderné fúzní elektrárny (francouzský ITER)
• využití jaderného paliva (pořád radioaktivní a bohaté na energii)

Temelín

zdroje

• svět energie.cz
• Wikipedie
• fyzika Reichl
• Wiki: reg-tyč

Datum poslední změny: 21.4.2021
Autoři: Jan Šuráň, Václav Stupka, David Nguyen, Karel Stehlík

nevýhody

• složitá (i neekologická) těžba a zpracování paliva
• problémy s jaderným odpadem (pořád silně radioaktivní)
• špatná regulace výkonu (je pomalá, neekonomická, neefektivní)
• ničivé důsledky, pokud nastane nějaká chyba

výhody

• obrovská produkce elektřiny z nízkého množství paliva
• ekologický provoz
• provoz pokrývá náklady na výstavbu
• relativně bezpečný provoz (při dodržení bezpečnostních opatření)

ohlasy

historie a současnost