Reaktory sodowe


Reaktory sodowe pracują w cyklu uranowo-plutonowym. W okresie rozruchu generacji neutronów prędkich mogą pracować na paliwie 235U + 238U kosztem obniżenia współczynnika powielania. Po wytworzeniu odpowiedniej ilości plutonu przechodzą na znacznie korzystniejsze paliwo, będące mieszaniną izotopów plutonu z uranem naturalnym.

Należy unikać wprowadzania do rdzenia materiałów spowalniających neutrony, gdyż wielkość &teta energii neutonów powyżej 100 keV silnie rośnie wraz z ze wzrostem ich energii. Jako chłodziwo wybrano ciekły sód, cechujący się bardzo małymi zdolnościami spowalniania neutronów i bardzo dobrymi właściwościami odprowadzania ciepła. Reaktor może dzięki temu pracować z dużą gęstością mocy, znacznie większą, niż w reaktorach termicznych, co oznacza, że rdzeń reaktoramoże mieć stosunkowo niewielką objętość.

Sód ma wysoką temperature wrzenia (883°C), nie ma więc potrzeby stosowania ciśnień znacznie wyższych od atmosferycznego, wymagających kosztownych zbiorników ciścieniowych. Wysoka temperatura w pierwotnym obiegu (400-600°C) pozwala uzyskiwać wysokie parametry pary (550°C, 16 MPa) w obiegu turbiny parowej, zbliżone do parametrów w konwencjonalnej elektrowni cieplnej i wysokie (ok. 40%) sprawności termodynamiczne. Możliwość ta nie jest na ogół w pełni wykorzystywana. W elektrowni z reaktorem prędkim udział kosztów paliwa w ogólnych kosztach produkcji energii elektrycznej wynosi zaledwie 10 - 15%. Nie jest dlatego celowe, tak z technicznego jak i ekonomicznego punktu widzenia, forsowanie parametrów pracy obiegów celem uzyskania wysokiej sprawności elektrowni kosztem podwyższonych nakładów na urządzenia lub kosztem zmniejszenia niezawodności ich pracy. Optymalne (optymalizacja techniczno-ekonomiczna) wartości parametrów pary w obiegu parowym elektrowni z reaktorem prędkim są więc niższe od wartości parametrów w elektrowniach konwencjonalnych. Do niekorzystnych właściwości sodu należy przede wszystkim jego wysoka aktywność chemiczna, w zetknięciu z wodą reaguje on gwałtownie, prawie wybuchowo. Wiąże się to z koniecznością niezwykle starannego wykonania wymienników ciepła sód-woda, aby uniknąć nieszczelności i przecieków.

Sód, pochłaniając neutrony przy przepływie przez rdzeń, tworzy w reakcji 23Na(n,&gamma)24Na izotop emitujący promieniowanie &gamma o okresie półrozpadu ok. 15h. Zmusza to do stosowania pośredniego obiegu chłodzenia między obiegiem pierwotnym, a parowym obiegiem roboczym. Gdyby wskutek pojawienia się przecieków w wymienniku sód-woda nastąpiło poważne uszkodzenie wymiennika, jego naprawa byłaby niezwykle utrudniona z powodu promieniowania. Reaktory sodowe mają dlatego 3 obiegi chłodenia: pierwotny zawierający radioaktywny sód, wtórny z nieaktywnym sodem i trzeci będący obiegiem parowo-wodnym. Prawdopodobieństwo uszkodzenia wymiennika sód-sód i przedostania się radioaktywnego sodu do obiegu pośredniego jest bardzo małe, gdyż w obiegach sodowychciśnienie jest niskie.

Inną niekorzystną właściwością sodu jest znacznie wyższy od temperatury pokojowej punkt topnienia (ok 98°C), a więc cały system chłodzenia musi być podgrzewany przy wyłączonym reaktorze, aby niedopuścić do zestalenia się sodu.

Rozróżnia się dwa typy rozwiązań konstrukcyjnych reaktorów prędkich sodowych: basenowy i pętlowy. W układzie basenowym (zwanym tez zbiornikowym) reaktor jest wyposazony w zbiornik o dużych wymiarach, wypełniony sodem pod ciśnieniem bliskim atmosferycznemu, w którym są zanurzone: rdzeń, pompy cyrkulacyjne, wymienniki ciepła, a więc cały obieg pierwotny jest całkowicie zintegrowanyw zbiorniku. Sód wypływający rurociągami ze zbiornika jest sodem obiegu pośredniego, stąd wywodzi się często używana nazwa tego typu rozwiązania konstrukcyjnego - układ zintegrowany. W układzie pętlowym, podobnie jak reaktorach LWR, urządzenia obiegu pierwotnego są umieszczone w osobnych zbiornikach, połączonych systemem rurociągów.

Źródło: Zdzisław Celiński "Energetyka Jądrowa"


opracowali: Gutowski & Liwiński