Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i)

100 %
0 %
Information about Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i)
Education

Published on February 16, 2014

Author: BpScienceMeetup

Source: slideshare.net

Description

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.

A jövő atomreaktora(i) Yamaji Bogdán Nukleáris Technikai Intézet BudapestMűszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest Science Meetup, 2014. február 13.

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

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

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

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

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

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

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) • 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

„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

„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

„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

„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

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

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

4. generációs reaktorkoncepciók Bp science meetup Yamaji Bogdán, BME NTI 16

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

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% 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

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

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

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

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 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

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

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

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

European Pressurized Reactor - EPR Spreading Compartment Severe Accident Heat Removal System IRWST Bp science meetup Safety Buildings Yamaji Bogdán, BME NTI 30

• 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

• 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 Leningrad II-1, Titan2, 2009. 09. 28. Bp science meetup Novovoronyezs II-1, AEP, 2012. 10. 09. Yamaji Bogdán, BME NTI 33

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 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

Add a comment

Related presentations

Related pages

A jövő atomreaktora - YouTube

A jövő atomreaktora ... Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i) - Duration: ... Jövő-Időben - Duration: ...
Read more

BpSM Február - Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i ...

!!444!!! Friss Fontos; Facebook; YouTube; Instagram; Ask.fm; Twitter; Google+; Mixcloud
Read more

Csillebérc osztálykirándulás - 1993. szeptember - YouTube

Csillebérc osztálykirándulás - 1993. szeptember ... Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i) - Duration: 49:14. BpScienceMeetup 203 views.
Read more

bme - 444

BpSM Február - Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i) (videó) Magyarországon ma négy atomerőművi blokk termel villamos energiát, egy ...
Read more

nukleáris energia - 444

BpSM Február - Yamaji Bogdán: A jövő atomreaktora(i) (videó) Magyarországon ma négy atomerőművi blokk termel villamos energiát, egy ...
Read more

Letöltés

2014. február 13.: Budapest Science Meetup: A jövő atomreaktora(i) 2012. február 25.: FINE hétvége - A fukushimai atomerőmű balesete és ...
Read more

atomerőmű - kepek

Egészen pontosan 28 milliárd 166 millió forint támogatással számol a jövő évi költségvetés.
Read more