Krzysztof Kozak INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ
im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk
The
Fukushima
I Nuclear
Power Plant福島第一原子力発電所
Fukushima Dai-Ichi
Łańcuchowa reakcja rozszczepienia jądra uranu 235U
200 MeV
ROZSZCZEPIENIE JĄDRA URANU 235U
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
H E U wysoko wzbogacony uran
235U: 0,711% >
90%
DALSZE WZBOGACANIE URANU
WZBOGACANIE URANU
L E U nisko wzbogacony uran
235U: 0,711%
4%
z 25 000 ton rudy uranu
50 ton metalicznego uranu
WZBOGACANIE URANU
URAN NATURALNY235U: 0,711% + 238U:
99,284%
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
ELEKTROWNIE
JĄDROWE
ZASTOSOWANIA
MILITARNE
ZASADA PRACY REAKTORA JĄDROWEGOKONTROLOWANA REAKCJA
ROZSZCZEPIENIA
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
ŻRÓDŁO CIEPŁA
osłona reaktora
zbiornik reaktora
pręty paliwowe
pręty sterujące
generator prądu
turbina
skraplacz
SCHEMAT ELEKTROWNI JĄDROWEJ Z REAKTOREM typu BWR
Boiling
Water
Reactor
(reaktor wodno –
wrzący)Fukushima Daiichi
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
okres budowy Fukushima
I
BWR
GENERACJE REAKTORÓW JĄDROWYCH
GENERACJA III+
DZISIAJ
11 marca 2011 r. godz. 14:46
(6: 46 czasu polskiego)
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
ELEKTROWNIE JĄDROWE W JAPONII
TRZĘSIENIE ZIEMI9 stopni
w skali Richtera
1 2 3 456
miasto: Okuma
(Futaba
District; Fukushima
Prefecture); 210 km od Tokio
Łączna moc: 4.7 GWe
, jedna z 25 największych elektrowni jądrowych na świecie
Fukushima
I ; operator: Tokyo
Electric
Power Company (TEPCO)
Mark IMark II Mark I
09/2010(MOX)
Fukushima
Dai-Ichi
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
BLOK REAKTORA Fukushima
Dai-Ichi
25 0C
PIERWSZA OBUDOWA
BETONOWA
STALOWY ZBIORNIK REAKTORA
DRUGA OBUDOWA
BETONOWA
BASEN PALIWOWY
STALOWA OSŁONA ZBIORNIKA
BASEN Z WODĄ
(TORUS)
WYGLĄD RZECZYWISTY
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN www.nucleartourist.com
rdzeń
reaktora
pokrywa zbiornika reaktora
wymiana paliwazestaw paliwowy
pompy chłodzące
WYGLĄD RZECZYWISTY
Krzysztof Kozak –
IFJ PANwww.nucleartourist.com/
generatory Diesla
hala turbin
6 BARIER BEZPIECZEŃSTWA EJ
PRĘTY PALIWOWE
PASTYLKIPALIWOWE
STALOWYZBIORNIK
REAKTORAOSŁONA
BETONOWAZBIORNIKAREAKTORA
(+ wykładzina
stalowa)
DRUGAOSŁONA
ZEWNĘTRZNAREAKTORA
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
OSŁONY w Fukushima
Dai-Ichi
typ MARK I typ MARK II
wg. Ragheb, 2011
Unit 1, 2, 3, 4, 5 Unit 6Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
STAN PALIWA Fukushima
Dai-Ichi
ZESTAWYPALIWOWEW BASENIE
TONYPALIWA
W BASENIE
ZESTAWYPALIWOWEW RDZENIU
www.world-nuclear.org
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
SYSTEMY BEZPIECZEŃSTWA
OK
PROBLEM ODBIORU CIEPŁA
OK
AWARYJNE ZASILANIESYSTEMÓW CHŁODZENIA
ZALANIE PO TSUNAMI
Reakcja
łańcuchowa
rozszczepienia
musi
być
kontrolowana, a w razie
potrzeby
szybko
zatrzymana
ZASADY BEZPIECZEŃSTWA REAKTOROWEGO
Ciepło
generowane
przez
rozszczepienia
w paliwie musi
być
odbierane
od
paliwa
Ciepło
powyłączeniowe
generowane
w rdzeniu musi
być
odbierane
od
rdzenia
przez
znaczny
okres
czasu
po
wyłączeniu
reaktora
ZESTAWYAKUMULATORÓW
GENERATORYDIESLA
PRODUKCJA CIEPŁA RADIOGENICZNEGOpr
ocen
t peł
nej m
ocy
reak
tora
czas po wyłączeniu reaktora [dni]
1 min 2,5 h
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
PO WYŁĄCZENIU REAKTORA
ciepło powyłączeniowepochodzące z rozpadów promieniotwórczychproduktów rozszczepienia zawartych w paliwie
ciepło z reakcji rozszczepienia •
3 min. 10%•
6 min.
1%, •
10 min.
STOP !
ciepło z reakcji rozszczepienia • 3 min. 10%• 6 min.
1%, • 10 min.
STOP !
Unit-1: 70 MWUnit
2,3,4: 120 MW
12
34
WSZYSTKIE PRACUJĄCE REAKTORY JĄDROWE
znajdujące się
w dotkniętej kataklizmem części Japonii
w elektrowniach: • Fukushima Dai-ichi• Fukushima Dai-ni• Onagawa
zostały wyłączone automatycznie(łącznie 10 reaktorów)
MONITORING SEJSMICZNYW ELEKTROWNIACH JĄDROWYCH
NAJWIEKSZA ELEKTROWNIA JĄDROWA
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
Elektrownia atomowa
Kashiwazaki-Kariwa
(Japonia)
柏崎刈羽原子力発電所
Budowa: 1980-1985
posiada:
5 reaktorów typu BWR
2 reaktory typu ABWR
16 lipca 2007 roku o g. 10:13
– trzęsienie ziemi: 6,6 stopni w skali Richtera
Na skutek trzęsienia ziemi elektrownia wstrzymała działanie,
Reaktory zostały ponownie włączone w latach 2009-2010
SYSTEMY BEZPIECZEŃSTWA REAKTORÓW
GENERACJI III+
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
BWRGENERACJA I/II
BWRGENERACJA I/II GENERACJA III+GENERACJA III+
AP-1000
ABWR
EPR
ROZWOJ SYSTEMÓW
BEZPIECZEŃSTWA REAKTORÓW ENERGETYCZNYCH
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
standaryzowany projekt dla każdego typu, w celu przyspieszenia licencjonowania,
zmniejszenia kosztów kapitałowych i skrócenia czasu budowy,
projekt prostszy i solidniejszy, eksploatacja jest łatwiejsza i mniej narażona na zakłócenia operacyjne,
większa dyspozycyjność
i dłuższy okres eksploatacji –
typowo 60 lat,
zmniejszone prawdopodobieństwo awarii ze stopieniem rdzenia,
zmniejszone oddziaływanie na środowisko,
zwiększony stopień
wypalenia paliwa, w celu zmniejszenia ilości zużywanego paliwa i produkowanych odpadów,
wypalające się
absorbery („trucizny”) wydłużające czas użytkowania paliwa.
ROZWOJ SYSTEMÓW
BEZPIECZEŃSTWA REAKTORÓW ENERGETYCZNYCH
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
eliminowanie błędów i niedociągnięć
będących w przeszłości powodem zagrożenia lub awarii
dążenie do uproszczenia konstrukcji i podniesienia niezawodności działania sprawdzonych systemów bezpieczeństwa
zwiększenie niezawodności systemów bezpieczeństwa przez ich zwielokrotnienie
dążenie do maksymalnego ograniczenia wpływu człowieka i czynników losowych przez wykorzystanie w pełni pasywnych (biernych) systemów zabezpieczeń
NOWE RODZAJE REAKTORÓW GENERACJA III+
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
AP 1000
(Westinghouse Electric Comp.LLC; USA) moc: 1154 Mee
pracują: 0; budowa:
(2) : USA, Chiny; plan: 17
EPR
European Pressurized Reactor (Areva - Siemens AG; Francja, Niemcy) moc: 1500 Mwe
pracują: 0; budowa:
2 Flamanville
(FR), Olkiluoto
(FIN); plan: 10
ABWR
Advanced Boiling Water Reactor (GE Hitachi Nuclear Ener.; Japonia) moc: 1400
MWe
; pracują: 4 (Japonia); budowa:
4; plan: 10
APR 1400
(System 80 +) (Korea Hydro & Nuclear Power ; Korea) moc: 1400 MWe ;
pracują: 0; budowa:
2 ShinKori
: USA, Chiny; plan: 10Stan na dzień
25.05.2010 r. Dane za: Word
Nuclear Association, IAEA PRIS
Systemy bezpieczeństwa -
reaktor EPR
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
• schłodzenia reaktora po wyłączeniu,
•
szczelna obudowa bezpieczeństwa otaczająca reaktor,
•
dodatkowa obudowa i obszar chłodzony na wypadek, gdyby stopiony rdzeń
zdołał
wydostać
się
z reaktora,
•
dwuwarstwowa betonowa ściana o grubości całkowitej 2,6 metra,
zaprojektowana tak, by wytrzymać uderzenie samolotu.
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
PODWÓJNA OBUDOWABEZPIECZEŃSTWA
z układami filtracji i wentylacji
ZBIORNIK WODYWEWNĄTRZ OBUDOWY
PODWÓJNY SYSTEM ODPROWADZANIA
CIEPŁA Z OBUDOWY
CZTERY NIEZALEŻNE SYSTEMY BEZPIECZEŃSTWA
FOUR TRAIN
STREFA RETENCJI „CHWYTACZ RDZENIA”
NA WYPADEKSTOPIENIA RDZENIA REAKTORA
W OBUDOWIE BEZPIECZEŃSTWA
Systemy bezpieczeństwa -
reaktor EPR
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
Systemy bezpieczeństwa -
reaktor AP-1000
• wykorzystuje tylko siły natury jak grawitacja
• konwekcja naturalna i gaz pod ciśnieniem
• bierny wtryskowy układ bezpieczeństwa
• bierne usuwanie ciepła powyłączeniowego
• bierne chłodzenie obudowy bezpieczeństwa
BIERNOŚĆ
I BEZPIECZEŃSTWO
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
Systemy bezpieczeństwa -
reaktor AP-1000
ZAŁOŻENIA:
50% mniej zaworów
35% mniej pomp
80% mniej rur
85% mniej kabli
45% mniejsza obj. budynków
ZAŁOŻENIA:
50% mniej zaworów
35% mniej pomp
80% mniej rur
85% mniej kabli
45% mniejsza obj. budynków
• pasywne cechy bezpieczeństwa• dwie pętle obiegu pierwotnego
powłoka stalowa: 4,45 cm
rdzeń
reaktora zawsze pod wodą
zalanie zbiornika reaktorai chłodzenie go od zewnątrz
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
PASYWNE UKŁADY BEZPIECZEŃSTWA
Układ zalewania rdzenia wykorzystujący różnice ciśnienia
Układ wyłączenia awaryjnego reaktora
Pasywne urządzenia do katalitycznej
rekombinacji wodoru
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
Czas zadziałania: 20
–
30
s od chwili awarii
woda zraszająca + środki chemiczne reagujące z jodem, (hydrazyna, tiosiarczan sodu).
Jod z elementów paliwowych występuje w trzech postaciach:
• pary jodu w postaci molekularnej,
• jodu osadzonego na cząsteczkach lotnych,
•
jodu w związkach organicznych, głównie jodku metylu (najtrudniejsze do zatrzymania)
UKŁADY ZRASZAJĄCE
3,4 mSv/rok
DAWKI WOKÓŁ
EJ : od 0,01 do 0,001
mSv
rocznie
UDZIAŁ ŹRÓDEŁ
PROMIENIOWANIA W ROCZNEJ DAWCE SKUTECZNEJ
TYPOWE DAWKI
[mSv]
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
Londyn-NY-Londyn
Tło naturalnePL: 2,8Szwecja: 4Indie: 80 !Brazylia: 120 !
Izotopy w ciele
RTG
Radiologia
RTG kręgosłupa(pełne zdjęcie!)
Kosmos
Hiroszima Nagasaki
Tomografia głowy
Szpik kostny
Guzy nowotworowe
Podróż
na Marsa OGÓŁ
LUDNOŚCI
SYTUACJE
awaryjne
PRACOWNICY kat. A(20 mSv/rok)
DAWKI GRANICZNE[mSv]
OBSZARY O PODWYŻSZONYM TLE PROMIENIOWANIA NATURALNEGO
C
A
B
2,1
mSv/rok9,3
mSv/rok 2,8 mSv/rok4,8 mSv/rok
0,3 mSv/rok
A –
Kerala i Tamil Nadu (Indie) 17 mSv/rokB –
Guarapari, Pocos de Caldos
(Brazylia) 175 –
200 mSv/rok
C –
Ramsar (Iran) 400 mSv/rok
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
POLSKIE FIRMY W ENERGETYCE JĄDROWEJ
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
ERBUD uczestniczy obecnie jako podwykonawca w budowie 3 EJ we Francji.
POLBAU budowa EJ Olkiluoto
w Finlandii; stanu surowego budynków maszynowni oraz
pompowni, obiekty towarzyszące wokół
reaktora. ok. 400 pracowników
ELEKTROBUDOWA (Katowice) montaż
instalacji elektrycznej, aparatury kontrolno-pomiarowej, automatyki,
rozruch części reaktorowej
ENERGOMONTAŻ-PÓŁNOC GDYNIA budowa i dostarczenie elementów linera
(wewnętrznej stalowej wykładziny
obudowy bezpieczeństwa reaktora) Olkiluoto-3
RAFAMET produkcja najwyższej jakości obrabiarek do produkcji zbiorników ciśnieniowych
reaktora -
Areva
(Francja),
General Electric
(USA),
Siemens
(Niemcy), Kanematsu
KGK (podwykonawca
Japan Steel Works, Japonia)
LAMBDA zbrojenia betonu, elementy stalowe
6 BARIER BEZPIECZEŃSTWA
Krzysztof Kozak –
IFJ PAN
1.
materiał
paliwowy
(tzw. pastylki) zatrzymujący stałe produkty rozszczepienia
2.
osłona materiału paliwowego
(tzw. koszulki paliwowe) zatrzymują
gazowe produkty rozszczepienia
3.
zbiornik ciśnieniowy reaktora
wraz z pierwotnym układem chłodzenia zatrzymują
wszelkie produkty rozszczepienia
4.
obudowa betonowa
wokół
zbiornika reaktora
5.
część
wewnętrzna obudowy bezpieczeństwa (wykładzina stalowa)utrzymuje produkty rozszczepienia
w przypadku
rozszczelnienia
obiegu pierwotnego
6.
część
zewnętrzna obudowy bezpieczeństwa (konstrukcja żelbetonowa)zapobiega zniszczeniu reaktora
od zewnątrz
INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ im. Henryka
Niewodniczańskiego
Polskiej Akademii Nauk
Krzysztof Kozak
Dziękuję
tel. 12 66 28 332; 517 904 204e-mail: [email protected]//:radon.ifj.edu.pl