Fizica

764 views

Published on

Published in: Economy & Finance
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
764
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
9
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Fizica

  1. 1. Reactor nuclearReactorul nuclear este o instalaț ie în care este iniț iată o reacț ie nucleară în lanț , controlată ș i susț inutăla o rată staț ionară (în opoziț ie cu o bombă nucleară, în care reacț ia în lanț apare într-o fracț iune desecundă ș i este complet necontrolată).Reactoarele nucleare sunt folosite pentru numeroase scopuri. Cea mai semnificativă utilizarea curentă estepentru generarea de putere electrică. Reactoarele de cercetare sunt folosite pentru producerea de izotopi ș ipentru experimente cu neutroni liberi. Din punct de vedere istoric, prima folosire a reactoarelor nucleare a fostproducerea plutoniului pentru bomba atomică. O altă utilizare militară este propulsia submarinelor ș i avapoarelor (deș i aceasta presupune un reactor mult mai mic decât cel folosit într-o centrală nuclearo-electrică).În mod curent, toate reactoarele nucleare comerciale sunt bazate pe fisiunea nucleară ș i sunt considerateproblematice datorită nesiguranț ei lor ș i riscurilor asupra sănătăț ii. Din contra, alț ii consideră centralanucleară ca fiind o metodă sigură ș i nepoluantă de generare a electricităț ii.Instalaț ia de fuziune este o tehnologie bazată pe fuziunea nucleară în locul fisiunii nucleare.Există ș i alte instalaț ii în care au loc reacț ii nucleare într-o manieră controlată, incluzând generatoareletermoelectrice radioizotope ș i bateriile atomice, care generează căldură ș i putere exploatând dezintegrărileradioactive pasive, cum ar fi, de exemplu, instalaț iile Farnswoth-Hirsch de producere a radiaț iilor neutronice.Aplicaț iiPrincipalele aplicaț ii ale reactoarelor nucleare sunt:
  2. 2. În centrale nuclearo-electrice: producț ie de căldură pentru generare de electricitate; producț ie de căldurăpentru încălzire domestică ș i industrială; producț ie de hidrogen; la desalinare.În propulsia nucleară: pentru propulsie nucleară marină; există propuneri pentru rachete termonucleare; existăpropuneri pentru rachete propulsate prin puls nuclear.În transmutaț ie de elemente: la producț ia de plutoniu, adesea pentru utilizarea în arme nucleare; laobț inerea diverș ilor izotopi radioactivi, cum ar fi americiu pentru detectorii de fum, respectiv cobalt-60,molibden-99 ș i alț ii, folosiț i în medicină.În cercetare: pentru asigurarea unei surse de radiaț ie cu neutroni ș i pozitroni (cum ar fi pentru Analiza cuactivare neutronică ș i Datarea cu potasiu-argon); pentru dezvoltarea de tehnologii neclare.Scurt istoricDeș i omenirea a îmblânzit recent puterea nucleară, primele reactoare nucleare au apărut în mod natural.Cincisprezece reactoare de fisiune naturale au fost găsite în trei depozite separate de minereu la mina Oklo dinGabon, în vestul Africii. Descoperite pentru prima dată de Francis Perrin, acestea sunt numite ca „ReactoareleFosile Oklo”. Aceste reactoare funcț ionează de aproximativ 150 milioane de ani, având o putere medie de 100kW. De asemenea, emisia de căldură, lumină ș i radiaț ii de la stele se bazează pe fuziunea nucleară.Conceptul unui reactor nuclear natural a fost teoretizat încă din 1956 de Paul Kurola la University of Arkansas.Enrico Fermi ș i Leo Szilard, ambii de la University of Chicago, au fost primii care au construit o pilă nuclearăș i au prezentat o reacț ie în lanț controlată, pe 2 Decembrie 1942. În 1955 ei ș i-au împărț it patentul deinvenț ie pentru reactorul nuclear U.S. Patent 2.708.656.Primul reactor nuclear a fost utilizat pentru a genera plutoniu pentru bomba nucleară. Alte reactoare au fostfolosite în navigaț ie pentru propulsarea submarinelor ș i chiar avioane. La mijlocul lui 1950 Uniunea Sovieticăș i ț ările vestice ș i-au extins cercetările pentru a include ș i utilizarea nemilitară a atomului. Totuș i, ca ș iprogramul militar, multe din lucrările nemilitare au fost făcute în secret.Pe 20 Decembrie 1951, în SUA, a fost generat pentru prima dată curent electric folosind putere nucleară laExperimental Breeder Reactor-I (EBR-1) localizat lângă Arco, statul Idaho. Pe 26 Iunie 1954, la ora 5:30 aînceput să genereze curent electric prima centrală nucleară sovietică, la Obninsk, Kaluga Oblast. Ea a produs5 MW, asigurând electricitate pentru 2.000 de case.Prima centrală nucleară de tip comercial din lume a început să funcț ioneze pe 17 Octombrie 1956, la CalderHall. Un alt reactor de putere timpuriu a fost Shippingport Reactor în Pennsylvania (1957).Chiar înainte de accidentul din 1979 d la Three Mile Island, au fost oprite unele comenzi pentru centralenucleare în USA din raț iuni economice legate în primul rând de durata lungă de construcț ie. De altfel din1978 nu s-au mai construit centrale în SUA; situaț ia s-ar putea schimba după 2010.Spre deosebire de accidentul de la Three Mile Island, accidentul din 1986 de la Cernobîl nu a înăspritreglementările cu privire la reactoarele din Vest. Acesta deoarece reactoarele de la Cernobîl, de tip RBMK,erau cunoscute ca având un proiect nesigur, fără clădiri de siguranț ă ș i operate nesigur, iar Vestul auzite
  3. 3. prea puț ine despre ele. Au fost ș i precipitări politice: Italia a ț inut un referendum în anul următor, 1987, alecărui rezultate au condus la oprirea a patru centrale nucleare.În 1992 centrala turcească Turkey Point Nuclear Generation Station a fost lovită direct de uraganul Andrew. Aufost pagube de peste 90 milioane de dolari, cele mai mari la un rezervor de apă ș i un coș de fum al uneiunităț i funcț ionând cu combustibili fosili, dar clădirile de protecț ie nu au avut de suferit.Prima structură de dezvoltare a sistemelor nucleare de putere utilitare, ș i anume US Navy, este singura dinlume cunoscută ca având o activitatea total curată. US Navy a operat mai multe reactoare decât orice altăentitate, chiar ș i Soviet Navy, fără incidente majore făcute publice. Două submarine americane, USS Scorpionș i Thresher au fost pierdute în mare, din motive ce nu au avut legătură cu reactoarele lor, epavele lor fiindastfel situate încât riscul de poluare nucleară este considerat scăzut.Perspective de viitorÎn 2006, centrala Watts Bar 1, era ultimul reactor nuclear comercial operaț ional pus în funcț iune, în 1997.Acest fapt este adesea citat ca o dovadă a succesului campaniei mondiale pentru închiderea treptată acentralelor nucleare. Oricum, rezistenț a politică faț ă de centralele nucleare a avut din când în când succes îndiferite părț i ale Europei, în Noua Zeelandă, în Filipine ș i în Statele Unite. Cu toate acestea, în SUA ș iEuropa au continuat investiț iile în cercetări privind ciclul combustibilului nuclear ș i, deș i unii experț i prezicviaț ă scurtă electricităț ii, creș terea preț ului combustibilului fosil ș i preocuparea legate de actualele emisii degaze ș i efectul de seră vor înnoi cererea de centrale nucleare.Multe ț ări rămân active în dezvoltarea centralelor nucleare, incluzând aici: Japonia, China ș i India, toate treidezvoltând atât tehnologii termice cât ș i reproducătoare, Coreea de Sud ș i Statele Uite, ambele dezvoltândnumai tehnologii termice, ș i Africa de Sud ș i, din nou, China, dezvoltând versiuni ale reactorului de tip PBMR(Pebble Bed Modular Reactor = Reactor modular cu strat granular). Finlanda ș i Franț a îș i continuă în modactiv programele nucleare; Finlanda are în construcț ie un nou European Pressurized Reactor. Japonia are unprogram activ de construcț ii pentru noi unităț i ce a început din 2005. În Statele Unite, trei consorț ii aurăspuns încă din 2004 solicitării Department of Energy (Departamentului de Energie) privind ProgramulEnergetic Nuclear 2010 în vederea construirii inclusiv a unui reactor de generaț ia a IV-a, tip VHTR, destinatproducerii de electricitate ș i hidrogen. Pe 22 Septembrie 2005, s-a anunț a deja selectarea a două locaț ii dinSUA destinate construirii de noi reactoare. Centralele nucleare reprezintă un interes particular pentru China ș iIndia, ambele construind reactoare de tip FBR. În politica energetică a Marii Britanii se prevede construirea înviitor cel puț in a unei noi centrale nucleare ș i menț inerea ș i prelungirea duratei de viaț ă a celor existentedeja.Tipuri de reactoareDeș i s-au dezvoltat diferite tehnologii de realizare a reactoarele nucleare de fisiune, acestea pot fi împărț iteriguros în două clase, depinzând de energia neutronilor utilizată pentru a susț ine reacț ia de fisiune în lanț :•Reactoarele termice (lente) folosesc neutroni termici. Acestea sunt caracterizate ca având materiale demoderare care sunt destinate încetinirii neutronilor până când aceș tia ajung la nivelul mediu al energieicinetice al particulelor din mediul înconjurător. Neutronii termici au o probabilitate mare de ciocnire cu nucleele
  4. 4. fisionabile de 235U ș i, comparativ cu neutronii rapizi rezultaț i din fisiune, o probabilitate mică de captură dinparte nucleelor de 238U. Pe lângă moderator, reactoarele termice au combustibil încapsulat, vase sub presiune,scuturi ș i instrumentaț ie de monitorare ș i control pentru toate sistemele reactorului. Multe reactoare deputere de acest tip, ca ș i primele reactoare de producere a plutoniului au fost reactoare termice avândmoderator de grafit. Unele reactoare sunt mai termalizate decât altele. Centralele moderate cu grafit (deexemplu reactoarele ruseș ti RBMK) ș i apă grea (de exemplu reactorul canadian CANDU) tind să fie mult maitermalizate decât cele de tip PWR ș i BWR, acestea din urmă utilizând ca moderator apa uș oară; datorităgradului mai înalt de termalizare, reactoarele de acest tip trebuie să folosească uraniu natural (neîmbogăț it).•Reactoarele rapide (FBR) folosesc neutroni rapizi pentru a întreț ine reacț ia de fisiune în lanț ș i suntcaracterizate prin lipsa materialului de moderare. Ele funcț ionează cu combustibil (uraniu) puternic îmbogăț itsau plutoniu, pentru a reduce procentul de U-238 care ar captura neutronii rapizi. Unele reactoare suntcapabile să producă mai mult combustibil decât au consumat, în mod uzual convertind U-238 în Pu-239. Unelestaț ii de putere timpurii au folosit reactoare rapide, cum ar fi cele folosite la propulsia unor submarine ș i vaseruseș ti, altele se află încă în construcț ie, dar acest tip de reactor nu a egalat succesul reactoarelor termice înnici un domeniu.Reactoarele termice de putere pot fi împărț ite ș i ele în trei tipuri ș i anume: cu vas de presiune, cu canalecombustibile presurizate, respectiv cu răcire cu gaz.Reactoare cu vase de presiune se întâlnesc în multe centrale comerciale dar ș i în propulsia unor nave. Înacest tip de reactor termic, vasul de presiune joacă, în acelaș i timp, ș i rolul de scut de protecț ie ș i, respectiv,de container pentru combustibilul nuclear. Ca scut protector, vasul (recipientul) de presiune este destinatasigurării reactorului nuclear contra cutremurelor sau/ș ibombardamentelor. El trebuie să fie atât de robustconstruit, încât în situaț iile critice menț ionate nu are voie nici crăpături (fisuri) să obț ină.Canalele presurizate sunt folosite în reactoarele de tip RBMK ș i CANDU. Reactoarele de acest tip prezintăavantajul de a putea fi aprovizionate (încărcate) cu combustibil proaspăt chiar în timpul funcț ionării.Reactoarele răcite cu gaz folosesc (prin recirculare) un gaz inert, de obicei heliu, dar pot utiliza ș i azot saubioxid de carbon. Utilizarea căldurii variază de la reactor la reactor. Unele reactoare trimit căldura în turbine cugaz, direct sau prin intermediul unui schimbător de căldură. Reactorul de tip PBMR, de exemplu, este răcit cugaz.Atâta timp cât apa serveș te ca moderator, ea nu poate fi folosită ca fluid de răcire în reactoarele rapide. Celemai multe reactoare rapide sunt răcite cu metal lichid, de obicei sodiu topit. Ele sunt de două tipuri: cu piscină,respectiv cu buclă. Sistemul de răcire al unui reactor nuclear trebuie să multiplu asigurat.Această siguranț ă multiplu realizată este imperios necesară, fiindcă în cazul unei nerăciri a unui reactor înfuncț iune se poate ajunge, din cauza supraîncălzirii sale rapide, la topirea reactorului ceea ce ar fio catastrofă]] nucleară (atomică).Familii actuale de reactoare•Pool type reactor = reactor cu piscină•Pressurized Water Reactor (PWR) = reactor cu apă sub presiune
  5. 5. •Boiling Water Reactor (BWR) = reactor cu apă fierbătoare•Fast Breeder Reactor (FBR) = reactor rapid reproducător•Pressurized Heavy Water Reactor (PHWR) sau CANDU = reactor cu apă grea sub presiune•United States Naval reactor = reactor utilizat de marina Statelor Unite.Tipuri vechi aflate încă în funcț iune•Magnox reactor = reactor Magnox•Advanced Gas-cooled Reactor (AGR) = reactor avansat răcit cu gaz•Light water cooled graphite moderated reactor (RBMK) = reactor răcit cu apă uș oară ș i moderat cu grafit.Alte tipuri de reactoare•Aqueous Homogeneous Reactor = reactor omogen cu apă •Liquid Fluoride Reactor = reactor cu floruri lichideReactoare rapideExistă mai mult de o duzină de proiecte de reactoare avansate, aflate în diferite stadii de dezvoltare. Unelesunt îmbunătăț iri ale proiectelor anterioare PWR, BWR ș i PHWR, altele sunt radical diferite. Primele includreactoarele avansate cu apă în fierbere (Advanced Boiling Water Reactor = ABWR) dintre care două sunt dejaoperaț ionale ș i altele în construcț ie, respective reactoarele cu securitate pasivă ESBWR ș i AP1000. Cel mairadical ș i nou proiect este reactorul modulare cu strat modular (PBMR) ce face parte din categoria reactoarelorde înaltă temperatură răcite cu gaz (HTGCR). De menț ionat este faptul că se află în stare de proiect noul tipde reactor, CAESAR (Clean And Environmentally Safe Advanced Reactor = reactor avansat, curat ș i sigurpentru mediul înconjurător), ce foloseș te aburul pe post de moderator.Reactoare de generaț ia a IV-aCele mai avansate proiecte de reactoare nucleare sunt cunoscute sub denumirea de Generaț ia a IV-a ș i suntîmpărț ite în ș ase clase:•Gas cooled fast reactor = reactor rapid răcit cu gaz•Lead cooled fast reactor = reactor rapid răcit cu plumb•Molten salt reactor = reactor cu sare topită•Supercritical water reactor = reactor supercritic cu apă•Very high temperature reactor = reactor cu temperatură foarte înaltă•Fission fragment reactor = reactor cu fragmente de fisiuneManagementul deș eurilor radioactiveStadiul final al ciclului de combustibil nuclear este managementul combustibilului „ars”, foarte înalt radioactiv,care constituie cea mai problematică componentă a fluxului de deș euri nucleare. După 50 de ani de energeticănucleară întrebarea „cum să se administreze aceste resturi materiale” se confruntă cu probleme de securitate
  6. 6. ș i tehnice, una din importantele direcț ii de acț iuni a criticilor industriei nucleare fiind chiar aceste costuri ș iriscuri pe termen lung asociate cu managementul deș eurilor radioactive.Administrarea combustibilului ars poate include variate combinaț ii de stocare, reprocesare ș i depozitarefinală. În practică, combustibilul ars este stocat în piscine cu apă uș oară (normală), de obicei chiar în incintacentralei. Apa asigură răcirea combustibilului ars ș i este un ecran de protecț ie împotriva radioactivităț iiacestuia. După perioada de răcire ș i diminuare a nivelului de radiaț ii, combustibilul ars este stocat (stocareuscată) fie în containere intermediare de oț el ș i beton monitorizate cu atenț ie, fie în depozite finale subformă de puț uri adânci săpate în diferite formaț iuni geologice.Reprocesarea combustibilului ars este atractivă deoarece (1) permite reciclarea combustibilul nuclear ș i (2)asigură pregătirea deș eurilor pentru depozitarea finală. Totuș i, experienț a Franț ei, de exemplu, a arătat cădepozitarea finală este mult mai economică deoarece reprocesarea combustibilului ars conduce la creș tereade 17 ori a cantităț ii de deș euri radioactive sub formă lichidă.Reactoare nucleare naturaleUn reactor nuclear de fisiune natural poate să apară în unele circumstanț e care reproduc condiț iile dintr-unreactor construit. Singurul reactor nuclear natural cunoscut s-a format acum 2 miliarde de ani la Oklo, în Gabon– Africa. Asemenea reactoare nu se mai pot forma pe Pământ: dezintegrarea radioactivă pe această duratăimensă de timp a redus proporț ia de U-235 în uraniul natural sub limita cerută pentru a susț ine o reacț ienucleară în lanț .Reactoarele nucleare naturale s-au format atunci când depozitele de minerale bogate în uraniu au fostinundate de apa freatică, acț ionând ca un moderator de neutroni ș i determinând iniț ierea reacț iei în lanț .Aceste reactoare naturale sunt studiate de către oamenii de ș tiinț ă interesaț i de depozitarea geologică adeș eurilor radioactive. Respectivele reactoare reprezintă un caz deosebit de studiu al migraț iei izotopilorradioactivi în scoarț a Pământului, subiect abordat, de altfel, ș i de criticii actualei tehnologii nucleare, mai alesîn legătură cu depozitarea deș eurilor radioactive provenite din centralele de putere.

×