Tipovi nuklearnih elektrana

19.11.2005

Pod raznim tipovima nuklearnih elektrana smatraju se različiti tipovi primarnog (reaktorskog) postrojenja. Osnovni materijali prema kojima se nuklearni reaktori razlikuju su nuklearno gorivo, moderator i rashladni fluid. Svrha je nuklearnog goriva proizvodnja toplinske energije procesom fisije. Nuklearno gorivo mogu biti prirodni ili obogaćeni uran u formi metalnog urana ili uran dioksida. Moderator je medij za usporavanje neutrona, a svrha mu je usporiti neutrone kako bi se povećala vjerojatnost nastanka reakcije fisije u izotopu U-235. Moderatori mogu biti obična voda, teška voda i grafit. Rashladni fluid odvodi toplinsku energiju nastalu raspadom urana i fisijskih produkata. Korišteni rashladni fluidi su obična voda, teška voda, ugljični dioksid, helij i tekući metal. Sumarni pregled tipova nuklearnih energetskih reaktora s naznakom njihovih materijala nuklearnog goriva, moderatora i rashladnog sredstva prikazan je slikom.

Prema današnjem značenju za nuklearnu energetiku slijedi sažetak tipova reaktora. Tlakovodni reaktor koristi za gorivo oksid obogaćenog urana, a hlađen je i moderiran običnom vodom pod tlakom. U zapadnim zemljama označava se kraticom PWR (engl. Pressurized Water Reactor) te u bivšem Sovjetskom Savezu kraticom VVER (rus. vodo-vodnoj energetičeskij reaktor). Otprilike 60 posto svih nuklearnih energetskih reaktora u svijeu su ovog tipa. Kipući reaktor također koristi isto gorivo, moderator i rashladno sredstvo, ali voda ključa. Danas je udio ove vrste u broju energetskih reaktora oko 20 posto. Teškovodni reaktor koristi oksid prirodnog ili obogaćenog urana, hlađen je i moderiran teškom vodom s tlakom vode višim od tlaka zasićenja (nema ključanja). Kratica za reaktor je HWR (engl. Heawy Water Reactor). Plinom hlađeni reaktor poznat je u dvije generacije.

Prvi, poznat još pod nazivom Magnox (ime prema leguri magnezija koja se rabi kao materijal za oblogu gorivne šipke), moderiran je grafitom, hlađen ugljičnim dioksidom, a gorivo je metalni prirodni uran. Kratica mu je GCR (engl. Gas Cooloed Reactor). Druga, naprednija generacija, obilježena kraticom AGR (engl. Advanced Gas Reactor) bitno se razlikuje od prve po izvedbi, obloge gorivnih šipki su od nehrđajućeg čelika, a gorivo je oksid obogaćenog urana. Reaktor moderiran grafitom i hlađen kipućom vodom, oznake RBMK (rus. r eaktor boljšoi močnosti kipjaščij), građen je samo u bivšem SSSR. Gorivo mu je oksid obogaćenog urana. Visokotemperaturni reaktor, za koji je uvedena kratica HTGR (engl. High Temperature Gas Reactor) posljednji je korak u razvoju grafitom moderiranih reaktora. Hlađen je helijem, a koristi oksid obogaćenog urana. Svi spomenuti reaktori pripadaju skupini termalnih reaktora što znači da uporabljaju moderator za termalizaciju neutrona. Brzi oplodni reaktor nema moderatora, a hlađen je tekućim metalom. Kao gorivo koristi oksid urana višeg obogaćenja ili oksid plutonija, a kao oplodni materijal prirodni uran.

Oplodni materijal je U-238 pri čemu nakon reakcije uhvata neutrona te nakon dva uzastopna beta-raspada nastaje izotop Pu-239 koji je fisibilan s termičkim neutronima na sličan način kao i U-235. Ova vrsta reaktora omogućuje daleko ekonomičnije korištenje urana u odnosu na termičke reaktore. Njihova uporaba trenutno je manje isplativa, ali će postajati sve aktualnija i konkurentnija sa smanjenjem raspoloživih količina urana i rastom cijena energenata na svjetskom tržištu. Na slici je prikazan udio pojedinih tipova reaktora u ukupnom broju reaktora u svijetu.

Igor Vuković
19.11.2005.