Your SlideShare is downloading. ×
0
A jövő atomreaktora(i)
Yamaji Bogdán
Nukleáris Technikai Intézet
BudapestMűszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Budapest Sc...
Atom, atommag, nukleonok
Atom: atommag + elektronfelhő

Atommag: protonok+neutronok

atommag

10-10 m = 0,0000000001 m
Bp ...
Maghasadás
• 1939, Otto Hahn és Fritz
Strassmann, Lise Meitner:
– neutronsugárzás hatására az
uránatom magja két közepes
a...
Maghasadás
• 1 db U-235
elhasadásakor:
kb. 200 MeV =3,2×10-11
J energia szabadul fel.
• Magyarország éves
villamosenergiaf...
Láncreakció
• A hasadásból átlagosan 2,4 gyors neutron is kilép, ezeket az ún.
moderátorral lelassítva újabb hasadásokat h...
Az atomreaktor
• Az atomreaktorban nagy
mennyiségű hasadóanyag
felhasználásával szabályozott
láncreakciót valósítunk meg.
...
Atomerőmű
Nyomottvizes reaktorral
térfogatkompenzátor

sz. rudak hajtása
szabályozórudak

gőzfejlesztő

frissgőz

Bp scien...
Különleges reaktorok
Lenin (1957-1989)

Nautilus SSN-571

Ford Nucleon, 1958

Bp science meetup

Yamaji Bogdán, BME NTI

8
Sóolvadékos reaktor történet
Aircraft Nuclear Propulsion program (1946-61)
• Aircraft Reactor Experiment (2,5 MWth)
• Airc...
„There were two people at the [Manhattan Project]
metallurgical laboratory, Harold Urey, the isotope chemist, and
Eugene W...
„Hagyományos” vs. sóolvadékos
Szilárd ÜA, víz hűtés, magas nyomás
p: ~130 bar, Tmax: ~330°C

Folyékony ÜA, egyben hűtőköze...
„Hagyományos” vs. sóolvadékos
• Üzemanyag összetétele jól, akár üzem közben
változtatható → radioaktív hulladék kiégetése
...
„A” sóolvadékos reaktor
Molten Salt Reactor Experiment (1965-1969)
• 10 MW (8 MW)
• 70,7% 7LiF - 16% BeF213% ThF4 - 0,3% U...
Sóolvadék: príma hőszállító közeg
Hélium

Nátrium

Magas nyomás
Légköri
átlátszó
nem átlátszó
forráspont: 883ºC
Inert
heve...
Sóolvadék: príma hőszállító közeg
• Naptornyok
– pl: Solar 2 (USA, Mojave-sivatag)
sóolvadékos torony, 10 MWe
• 60% NaNO3 ...
4. generációs reaktorkoncepciók

Bp science meetup

Yamaji Bogdán, BME NTI

16
4. generációs reaktorkoncepciók
A kiválasztott hat reaktorfejlesztési irány:
• Szuperkritikus vízhűtésű reaktor (SCWR – Su...
4. generációs reaktorkoncepciók

Bp science meetup

Yamaji Bogdán, BME NTI

18
• EVOL MSFR
benchmark v3
•

MSFR – Molten Salt Fast Reactor
–
–
–
–
–
–

Tbe=650°C
Tki=750°C
∆T=100°C
3000 MWth
LiF-22,5% ...
Kísérleti modellek
•

MSRE program
– 1:5 műanyag modell víz munkaközeggel
• belépő zóna, gyűrűs leszállóakna

– 1:1 acél-a...
Kísérleti modellek
•

Példák kísérleti
berendezésekre
– energetikai reaktorok
modelljei
– 1:5 arányú plexi
modellek víz
mu...
Modell tartály + hurok
gömbcsap: Oventrop
Optibal DN50

szabályzószelep:
Oventrop Hydrocontrol
VTR DN32

MSFR
negyedmodell...
Bp science meetup

Yamaji Bogdán, BME NTI

23
Bp science meetup

Yamaji Bogdán, BME NTI

24
Bp science meetup

Yamaji Bogdán, BME NTI

25
L [m/s] ; 33,75° ; z=0,265 m

33,75° z = 265 mm
1,2

3

l
m
q = 2,7 = 9,72
s
h

1
M1
L [m/s]

0,8

M2
M3

0,6

M4
M5

0,4
...
L [m/s] ; 33,75° ; z=0,265 m

33,75° z = 265 mm
1,2

3

l
m
q = 2,7 = 9,72
s
h

1
M1
L [m/s]

0,8

M2
M3

0,6

M4
M5

0,4
...
A közeljövő – épülő blokkok, típusok

Barakah, Emirates Nuclear Energy Corp., 2013. 01. 25.

Akademik Lomonosov, Rosatom, ...
European Pressurized Reactor - EPR
Olkiluoto-3, Finno.; Flamanville-3, Franciao.; Taishan-1 és -2, Kína; Hinkley Point C, ...
European Pressurized Reactor - EPR

Spreading Compartment

Severe Accident
Heat Removal
System

IRWST

Bp science meetup

...
• USA – 4, Kína – 4

AP1000

Sanmen 1, CNEC, wnn, 2014. 01. 22.

Sanmen 1, 2010. 10. 14.
TVO, 2009. 11. 02.

•

Röviden: m...
• USA – 4, Kína – 4

Bp science meetup

AP1000

Yamaji Bogdán, BME NTI

32
VVER-1200/AES-2006/MIR-1200 (V-392M/491)
• Oroszország – 4, 2014/16, 2013/16
Törökország – 4
Finnország – 1
Paks 2 - 2

Le...
VVER-1200/AES-2006/MIR-1200 (V-392M/491)

Bp science meetup

Yamaji Bogdán, BME NTI

34
Köszönöm a figyelmet!
•

•

Ez a munka az Európai Atomenergia Közösség (EURATOM) 7. kutatás-fejlesztési keretprogramja ált...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i)

249

Published on

Magyarországon ma négy atomerőművi blokk termel villamos energiát, egy kutatóreaktor működik Csillebércen, és a BME NTI üzemelteti az Oktatóreaktort. A világon jelenleg hetvenegy atomerőművi blokk épül, a nemzetközi kutatási programokban pedig hat alapkoncepciót jelöltek ki, mint jövőben kifejlesztendő reaktortípusokat. Az előadásban első sorban a BME NTI-ben zajló negyedik generációs típusokkal kapcsolatos kutatások közül a sóolvadékos reaktor(ok)ról lesz szó, de a végén lenne egy nagyon rövid kitekintés a világon épülő korszerű harmadik generációs atomerőmű típusokra (pl. EPR, AP1000, VVER-1200) is.

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
249
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
5
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Transcript of "Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i)"

  1. 1. A jövő atomreaktora(i) Yamaji Bogdán Nukleáris Technikai Intézet BudapestMűszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest Science Meetup, 2014. február 13.
  2. 2. Atom, atommag, nukleonok Atom: atommag + elektronfelhő Atommag: protonok+neutronok atommag 10-10 m = 0,0000000001 m Bp science meetup 10-14 m = 0,00000000000001 m Yamaji Bogdán, BME NTI 2
  3. 3. Maghasadás • 1939, Otto Hahn és Fritz Strassmann, Lise Meitner: – neutronsugárzás hatására az uránatom magja két közepes atommagra esik szét, eközben újabb neutronok és energia keletkezik • A természetes urán főbb izotópjai: 99,3 %-a 238-as, 0,7 %-a 235-ös • Az U-238-as csak igen ritkán hasad, az U-235-ös hasadása gyakorlati szempontból sokkal jelentősebb ⇒ reaktorokhoz dúsítják. ADVENTURES INSIDE THE ATOM, General Electric, National Archives (1948) http://www.osti.gov/manhattan-project-history/Resources/adventures_atom.htm Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 3
  4. 4. Maghasadás • 1 db U-235 elhasadásakor: kb. 200 MeV =3,2×10-11 J energia szabadul fel. • Magyarország éves villamosenergiafogyasztása ~19 t tiszta U-235 elhasadásával fedezhető lenne. • Ugyanennyi energiát kapunk 47×106 t (tehát kb. 2,5 milliószor annyi) feketekőszén eltüzelésekor! Bp science meetup http://xkcd.com/1162/ Yamaji Bogdán, BME NTI 4
  5. 5. Láncreakció • A hasadásból átlagosan 2,4 gyors neutron is kilép, ezeket az ún. moderátorral lelassítva újabb hasadásokat hozhatunk létre Bp science meetup Animáció Yamaji Bogdán, BME NTI 5
  6. 6. Az atomreaktor • Az atomreaktorban nagy mennyiségű hasadóanyag felhasználásával szabályozott láncreakciót valósítunk meg. • A gyors hasadási neutronok lelassításához kell a moderátor. • A felszabaduló energiát a hűtőközeg segítségével vezetjük el a reaktorból. • A neutronok számának (ezzel a teljesítmény) szabályozására szolgálnak a szabályozó rudak. Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 6
  7. 7. Atomerőmű Nyomottvizes reaktorral térfogatkompenzátor sz. rudak hajtása szabályozórudak gőzfejlesztő frissgőz Bp science meetup generátor tápvíz előmelegítő fűtőelemek reaktortartály turbina fő keringető szivattyú betonvédelem (konténment) Yamaji Bogdán, BME NTI kondenzátor tápvízszivattyú hűtővíz 7
  8. 8. Különleges reaktorok Lenin (1957-1989) Nautilus SSN-571 Ford Nucleon, 1958 Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 8
  9. 9. Sóolvadékos reaktor történet Aircraft Nuclear Propulsion program (1946-61) • Aircraft Reactor Experiment (2,5 MWth) • Aircraft Reactor Test („Fireball”, 60 MWth) – NaF-ZrF4-UF4 Full-Scale ART Model Full-Scale ART Model Bp science meetup ART Building Yamaji Bogdán, BME NTI 9
  10. 10. „There were two people at the [Manhattan Project] metallurgical laboratory, Harold Urey, the isotope chemist, and Eugene Wigner, the designer of Hanford, both Nobel Prize winners who always argued that we ought to investigate whether chain reactors, engineering devices that produced energy from the chain reaction, ought to be basically mechanical engineering devices or chemical engineering devices. And Wigner and Urey insisted that we ought to be looking at chemical devices – that means devices in which the fuel elements were replaced by liquids.” The Proto-History of the Molten Salt System Alvin M. Weinberg, Former Director, Oak Ridge National Laboratory February 28, 1997 Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 10
  11. 11. „Hagyományos” vs. sóolvadékos Szilárd ÜA, víz hűtés, magas nyomás p: ~130 bar, Tmax: ~330°C Folyékony ÜA, egyben hűtőközeg, alacsony nyomás, magas hőmérséklet p: ~1 bar, Tmax: akár 700-800°C Off-gas System Primary Salt Pump Secondary Salt Pump NaBF4 _ NaF Coolant Salt o 454 C o o 621 C 704 C Purified Salt Graphite Moderator Reactor Heat Exchanger o 566 C Chemical Processing Plant LiF _ BeF2 _ ThF4 _ UF4 Fuel Salt 7 Steam Generator o 538 C Freeze Plug TurboGenerator Critically Safe, Passively Cooled Dump Tanks (Emergency Cooling and Shutdown) Molten Salt Breeder Reactor • • • Bp science meetup 2250 MWth, 1000 MWe 71,7% 7LiF - 16% BeF2 - 3% ThF4 - 0,3% UF4 (mol%) tenyésztési tényező: 1,065 Yamaji Bogdán, BME NTI 11
  12. 12. „Hagyományos” vs. sóolvadékos • Üzemanyag összetétele jól, akár üzem közben változtatható → radioaktív hulladék kiégetése (transzmutáció), tórium hasznosításra • Magas hőmérséklet → magas erőművi hatásfok, de alkalmas lehet hidrogén termelésére, folyamathő hasznosításra • Jó neutron-hasznosítás: alkalmazható aktinida égetésre (transzmutációra) vagy hasadóanyag-tenyésztésre • Nem kell üzemanyagot szerelni • Nincs zónaolvadás • Folyamatos üzemanyag betöltés és csere • Sóolvadékok alacsony nyomáson tarthatók • Sóolvadékok nem reagálnak hevesen vízzel Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 12
  13. 13. „A” sóolvadékos reaktor Molten Salt Reactor Experiment (1965-1969) • 10 MW (8 MW) • 70,7% 7LiF - 16% BeF213% ThF4 - 0,3% UF4 (mol%) • 93% U-235 • Belépő hőmérséklet: 635 °C • Kilépő hőmérséklet: 663 °C szivattyú reaktortartály hőcserélő Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 13
  14. 14. Sóolvadék: príma hőszállító közeg Hélium Nátrium Magas nyomás Légköri átlátszó nem átlátszó forráspont: 883ºC Inert hevesen reagál Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI Sóolvadék Légköri átlátszó > 1200ºC enyhén reaktív 14
  15. 15. Sóolvadék: príma hőszállító közeg • Naptornyok – pl: Solar 2 (USA, Mojave-sivatag) sóolvadékos torony, 10 MWe • 60% NaNO3 - 40% KNO3 • sóolvadék melegág T: 565 °C • hidegági T: 288 °C Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 15
  16. 16. 4. generációs reaktorkoncepciók Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 16
  17. 17. 4. generációs reaktorkoncepciók A kiválasztott hat reaktorfejlesztési irány: • Szuperkritikus vízhűtésű reaktor (SCWR – Supercritical-Water-Cooled Reactor): magas nyomású és magas hőmérsékletű, vízhűtésű reaktor, ami a víz termodinamikai kritikus pontja felett üzemel • Nagyon magas hőmérsékletű reaktor (VHTR – Very-High-Temperature Reactor): grafit moderátoros, héliumhűtésű reaktor nyitott üzemanyagciklussal • Gázhűtésű gyorsreaktor (GFR – Gas-Cooled Fast Reactor): héliumhűtésű gyorsreaktor zárt üzemanyagciklussal • Nátriumhűtésű gyorsreaktor (SFR – Sodium-Cooled Fast Reactor): gyorsneutronspektrumú, nátriumhűtésű reaktor és zárt üzemanyagciklus, az aktinidák hatékony kezelésére és a fertilis urán hasadóanyaggá alakítására • Ólomhűtésű gyorsreaktor (LFR – Lead-Cooled Fast Reactor): gyorsneutronspektrumú, ólom vagy ólom-bizmut eutektikum folyékonyfém-hűtésű reaktor és zárt üzemanyagciklus, a fertilis urán hasadóanyaggá történő hatékony átalakítására és az aktinidák kezelésére • Sóolvadékos reaktor (MSR – Molten Salt Reactor): folyékony üzemanyag kering a reaktorban, hasadóanyag sóolvadék keverékben feloldva, cél a hasadási termékek, aktinidák (radioaktív hulladék) kiégetése, a tórium alkalmazása magas hatásfokú villamosenergia-termelés mellett. Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 17
  18. 18. 4. generációs reaktorkoncepciók Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 18
  19. 19. • EVOL MSFR benchmark v3 • MSFR – Molten Salt Fast Reactor – – – – – – Tbe=650°C Tki=750°C ∆T=100°C 3000 MWth LiF-22,5% UNF4 , Tm: 565 °C aktív zóna: henger • – 16 hurok, a zónapaláston egyenletesen elosztva • • • – – homogén belépőcsonkok alul kilépőcsonkok felül keringető szivattyúk, hőcserélők tenyészköpeny, axiális reflektorok, stb gyorsreaktor tórium hasznosításra, hasadóanyag tenyésztésre Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 19
  20. 20. Kísérleti modellek • MSRE program – 1:5 műanyag modell víz munkaközeggel • belépő zóna, gyűrűs leszállóakna – 1:1 acél-alumínium modell víz munkaközeggel • belépő zóna • „Since water was used for this test, the MSRE Reynolds number was not reproduced exactly. However, the Reynolds numbers in the volute are well into the turbulent range” Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 20
  21. 21. Kísérleti modellek • Példák kísérleti berendezésekre – energetikai reaktorok modelljei – 1:5 arányú plexi modellek víz munkaközeggel (szobahőmérsékleten) – Névleges Re (reaktor): ~107 – Modell Re: ~105 – turbulens ROCOM – KONVOI (HelmholtzZentrum Dresden-Rossendorf) – cél: hűtőközegkeveredés,tranziensek, stb. vizsgálata, mérési adatok validációhoz Gidropress modell – VVER-1000 Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI Vattenfall modell – 3-hurkos Westinghouse PWR 21
  22. 22. Modell tartály + hurok gömbcsap: Oventrop Optibal DN50 szabályzószelep: Oventrop Hydrocontrol VTR DN32 MSFR negyedmodell áramlás iránya kezdeti csőhossz DN50, l0 = 1,5 m MOM Hydrus ultrahangos átfolyásmérő DN32 áramlás iránya Wilo Economy MHIL 903 leeresztés/feltöltés Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 22
  23. 23. Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 23
  24. 24. Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 24
  25. 25. Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 25
  26. 26. L [m/s] ; 33,75° ; z=0,265 m 33,75° z = 265 mm 1,2 3 l m q = 2,7 = 9,72 s h 1 M1 L [m/s] 0,8 M2 M3 0,6 M4 M5 0,4 CFX 0,2 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 r/R V [m/s] ; 33,75° ; z=0,265 m U [m/s] ; 33,75° ; z=0,265 m 1,2 0,15 1 0,1 U [m/s] M1 M2 0 M3 M4 -0,05 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 M5 V [m/s] 0,8 0,05 M1 0,6 M2 M3 0,4 M4 0,2 M5 CFX 0 -0,1 -0,2 0 -0,15 1 -0,4 r/R Bp science meetup 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 r/R Yamaji Bogdán, BME NTI 26
  27. 27. L [m/s] ; 33,75° ; z=0,265 m 33,75° z = 265 mm 1,2 3 l m q = 2,7 = 9,72 s h 1 M1 L [m/s] 0,8 M2 M3 0,6 M4 M5 0,4 CFX 0,2 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 r/R V [m/s] ; 33,75° ; z=0,265 m U [m/s] ; 33,75° ; z=0,265 m 1,2 0,15 1 0,1 U [m/s] M1 M2 0 M3 M4 -0,05 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 M5 V [m/s] 0,8 0,05 M1 0,6 M2 M3 0,4 M4 0,2 M5 CFX 0 -0,1 -0,2 0 -0,15 1 -0,4 r/R Bp science meetup 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 r/R Yamaji Bogdán, BME NTI 27
  28. 28. A közeljövő – épülő blokkok, típusok Barakah, Emirates Nuclear Energy Corp., 2013. 01. 25. Akademik Lomonosov, Rosatom, atominfo.cz 2013. 10. 01. http://simpsons.wikia.com/wiki/Springfield_Nuclear_Power_Plant Bushehr, PressTV Bp science meetup Shin Kori 3 és 4, MOTIE, 2010. 01. 04. Yamaji Bogdán, BME NTI 28
  29. 29. European Pressurized Reactor - EPR Olkiluoto-3, Finno.; Flamanville-3, Franciao.; Taishan-1 és -2, Kína; Hinkley Point C, UK OL-3, TVO, 2009. 09. 06. OL-3, TVO, 2014. 01. 13. Fla-3, EDF, wnn, 2014. 01. 27. Ta-2 felé, CGNPC, 2013. 05. 23. • • • Ol-3: építés kezdete: 2005, eredeti tervek: kész: 2009, termelés 2010-től, jelenlegi terv: termelés 2015-től.. (?) Fla-3: építés kezdete: 2007, tervezett építési idő: 54 hónap; jelenlegi cél: kész 2016-ra... Taishan: ép. kezdete: 2009/2010, termelés kezdése 2014/15-ben Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 29
  30. 30. European Pressurized Reactor - EPR Spreading Compartment Severe Accident Heat Removal System IRWST Bp science meetup Safety Buildings Yamaji Bogdán, BME NTI 30
  31. 31. • USA – 4, Kína – 4 AP1000 Sanmen 1, CNEC, wnn, 2014. 01. 22. Sanmen 1, 2010. 10. 14. TVO, 2009. 11. 02. • Röviden: mind menetrend szerint előrehaladott állapotban Vogtle-3, -4., Georgia Power, 2013. 07. 22. Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 31
  32. 32. • USA – 4, Kína – 4 Bp science meetup AP1000 Yamaji Bogdán, BME NTI 32
  33. 33. VVER-1200/AES-2006/MIR-1200 (V-392M/491) • Oroszország – 4, 2014/16, 2013/16 Törökország – 4 Finnország – 1 Paks 2 - 2 Leningrad II-1, Titan2, 2009. 09. 28. Bp science meetup Novovoronyezs II-1, AEP, 2012. 10. 09. Yamaji Bogdán, BME NTI 33
  34. 34. VVER-1200/AES-2006/MIR-1200 (V-392M/491) Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 34
  35. 35. Köszönöm a figyelmet! • • Ez a munka az Európai Atomenergia Közösség (EURATOM) 7. kutatás-fejlesztési keretprogramja által támogatott EVOL projekt (támogatási megállapodás száma: 249696 EVOL) keretében készült. A projekthez kiegészítő finanszírozást nyújtott a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség az Új Széchenyi Terv EU_BONUS_12 programja keretében (szerződés száma: EU_BONUS_12-1-2012-0003). A munka szakmai tartalma kapcsolódik a "Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen" c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az ÚSZT TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja. Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 35
  1. A particular slide catching your eye?

    Clipping is a handy way to collect important slides you want to go back to later.

×