Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
Reklama1
Strona główna Artykuły

Reaktory wysokotemperaturowe typu HTR i VHTR

Streszczenie

Reaktory HTR i VHTR są typem reaktorów wytwarzających bardzo wysokiej temperatury. Podstawowa konstrukcja tego typu reaktorów, to złoże otoczaków (ang. Pebble Bed). W HTR tysiące sferycznych elementów paliwowych tworzy rdzeń reaktora, który chłodzony jest przez gaz obojętny (hel, azot lub dwutlenek węgla). Reaktor zaprojektowany jest do pracy w wysokich temperaturach i w razie potrzeby może schładzać się przez naturalny obieg powietrza. Wytwarzane w reaktorze wysokie temperatury pozwalają uzyskać wyższą sprawność cieplną niż to możliwe w tradycyjnych elektrowniach jądrowych.


Wprowadzenie

Pomimo istnienia różnych konstrukcji oraz różnych wielkości reaktorów, rozróżnia się cztery kategorie aktualnie eksploatowanych lub też projektowanych reaktorów jądrowych (Rys. 1).





Rysunek 1. Generacje reaktorów nuklearnych nastające po sobie z biegiem lat. Generacja I - prototypowe reaktory komercyjne, opracowane w latach 50 i 60-tych, rozbudowanej i zmodyfikowane reaktory wojskowe; Generacja II - większość aktualnie eksploatowanych na świecie reaktory nuklearnych; Generacja III, III+ - reaktory aktualnie budowane; Generacja IV - reaktory aktualnie projektowane, które będą skomercjalizowane po 2030 roku [1].

Reaktor typu HTR (ang. High Temperature Reactor) po raz pierwszy zbudowano w Niemczech i był to reaktor PBR (ang. Pebble Bed Reactor) tj. złoże kul (otoczaków). Reaktor PBR był moderowany grafitem i chłodzony gazem. Reaktor  HTR, to typ reaktora wysokich temperatur formalnie znany jako reaktor wysokiej temperatury chłodzony gazem HTGR (ang. High Temperature Gas Reactor ). Najmłodszym odpowiednikiem reaktora HTR, jest reaktor VHTR (ang. Very High Temperature Reactor), który należy do jednej z sześciu klas reaktorów Generacji IV (Rys. 1).

HTGR w wielu krajach rozbudowywano do końca lat osiemdziesiątych. Tylko prototypy tych reaktorów były eksploatowane, a wszystkie zostały zlikwidowane po maksymalnie dwunastu latach pracy. Technologia HTGR jest zatem bardzo dojrzała ale dotychczasowe próby jej wdrożenia nastąpiły w niekorzystnym momencie głębokiego i długotrwałego spadku cen ropy naftowej oraz katastrofy  w Czarnobylu (Rys. 2).

Po upływie blisko dwudziestu lat reaktory HTGR pomimo stosunkowo wysokiej ceny gazów szlachetnych, konsekwentnie wzbudzają zainteresowanie pod kątem wykorzystania ciepła zarówno do procesów przemysłowych jak i pozyskiwania energii elektrycznej. Jeden z najbardziej zaawansowanych programów realizowany jest w Koeberg (RPA) (Rys. 3).



Rysunek 2. Historia reaktorów wysokotemperaturowych [2].


Mianowicie ma on na celu wykorzystanie ciepła HTGR do produkcji wodoru jako paliwa, który mógłby zastąpić ropę naftową, poprzez zastosowanie go w ogniwach paliwowych. Program ten ma już spore opóźnienia i prawdopodobnie nie wystartuje z początkiem 2015 roku.



Rysunek 3. Elektrownia jądrowa z reaktorem HTGR budowana w Koeberg [3]

Budowa i istota działania reaktorów HTR

Wśród reaktorów HTGR można rozróżnić dwie podstawowe konstrukcje rdzeni -  sztywny oraz rdzeń usypany. Rdzeń sztywny składa się z sześciokątnych bloków grafitowych, które szczelnie do siebie przylegają. Płynie przez nie w pionowych kanałach chłodziwo oraz w których rozmieszczone są pręty regulacyjne i paliwo w postaci cylindrów także odlanych z grafitu, zawierających granulki węglika uranu.

Interesującym rozwiązaniem jest rdzeń usypany, który tworzą kule grafitowe, zawierające bardzo małe granulki składające się z mieszaniny tlenku uranu i tlenku toru, bądź węglika uranu i węglika toru, pokryte wielowarstwowo węglikiem krzemu skutecznie zatrzymującym produkty rozszczepienia. Kule w ilości od kilkuset tysięcy do ponad miliona sztuk (w zależności od wielkości rdzenia) wsypane są do cylindrycznego pojemnika grafitowego, stanowiącego jednocześnie reflektor (Rys. 4).