Ero sivun ”Ydinvoimala” versioiden välillä
| [katsottu versio] | [katsottu versio] |
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
ei kuulu ainakaan johdantoon |
siirretty artikkelista ydinvoima |
||
Rivi 6:
==Ydinvoimalan rakenne==
Ydinvoimalaitoksen pääosat ovat:
* Reaktori
* Pääkiertopiiri eli primääripiiri
* Toisiopiiri eli sekundääripiiri
* Turbiinigeneraattori eli turbogeneraattori
* Lauhdutin
Ydinvoimalaitoksessa ydinreaktori tuottaa lämpöä, joka kuumentaa pääkiertopiirin vettä. Laitostyypistä riippuen joko pääkiertopiirin vesi höyrystyy, pyörittää [[turbiini]]a ja lauhdutetaan, tai sitten pääkiertopiirin vesi johdetaan erillisiin [[höyrystin|höyrystimiin]], joissa toisiopiirin vesi höyrystetään turbiiniin ja lauhduttimeen. Turbiiniin on kytketty [[generaattori]], jolla tuotetaan sähköä. Lauhduttimessa suljetun vesikierron vesi lauhdutetaan höyrystä jälleen vedeksi. Lauhdutinta jäähdytetään joko vesistöstä saatavalla vedellä tai [[jäähdytystorni]]en avulla.
[[Tiedosto:Pwr.jpg|180px|thumb|right|Rahtilaiva NS Savannahin painevesireaktori. Ydinpolttoainetta ovat paineastian keskellä olevat vaaleat, suorakulmaiset niput. Astian yläpuolella on säätösauvakoneisto, jonka säätösauvat voidaan laskea reaktoriin reaktion säätämiseksi.]]
{|
| ALIGN=center | '''Painevesireaktori eli PWR'''
| ALIGN=center | '''Kiehutusvesireaktori eli BWR'''
|-
| [[Tiedosto:PWR1.png|260px]]
| [[Tiedosto:BWR1.png|220px]]
|}
{|
| valign=TOP |
C polttoaine<br />
M reaktori<br />
B höyrystin (vain PWR)<br />
P2 toisiopiirin pumppu (vain PWR)
| width=5 |
| valign=TOP |
D säätösauvakoneisto<br />
V reaktoripaineastia<br />
P1 tai P pääkiertopumppu<br />
| width=5 |
| valign=TOP |
G generaattori<br />
T turbiini<br />
K lauhdutin<br />
|}
Ydinreaktori sisältää kaiken ydinvoimalaitoksen ydintekniikan ja radioaktiivisten aineiden selkeän pääosan. Reaktori on eristetty ympäristöstä ilmatiiviiseen suojarakennukseen. Muilta osin ydinvoimalaitos on kuten muutkin [[voimalaitos|lämpövoimalaitokset]].
=== Ydinreaktori ===
{{pääartikkeli|[[Ydinreaktori]]}}
Ydinvoimalaitoksissa reaktorin tehtävänä on tuottaa lämpöä ydinpolttoaineesta. Tämä tapahtuu ylläpitämällä ja säätämällä reaktorissa tapahtuvaa ketjureaktiota, jossa polttoaineen (tavallisesti uraanin) atomien fissio tuottaa lämpöä.
Reaktoriin ladataan ydinpolttoainetta yleensä 3–5 vuoden ajaksi huoltoseisokkien yhteydessä, paitsi eräissä harvinaisissa reaktorityypeissä (muun muassa [[CANDU]] ja [[RBMK]]), jotka sallivat polttoaineen vaihdon reaktorin ajon aikana. Reaktorin käydessä polttoaineessa tapahtuu fissioketjureaktio, joka pitää itseään yllä. Reaktorin säätö tapahtuu pääasiassa ketjureaktiota ylläpitävää neutronivuota hallitsemalla.
Ydinvoimareaktoreita on useita erilaisia pääasiallisten erojen ollessa ''jäähdytteen'' ja ''hidastinaineen'' valinnassa. Hidastinaineen tehtävä on jarruttaa [[fissioreaktio]]issa syntyviä neutroneita: vain tarpeeksi hitaina neutronit aiheuttavat tarpeeksi uusia fissioita, jotta [[ketjureaktio (fysiikka)|ketjureaktio]] pysyisi käynnissä, nopeiden neutronien karatessa herkästi reaktorista. Hidastinaineena voidaan käyttää ''[[hiili|grafiittia]]'' tai ''[[raskas vesi|raskasta vettä]]'', mutta yleisin on tavallinen ''[[vesi]]'', josta käytetään myös nimitystä ''kevyt vesi'', jotta ero raskaaseen veteen olisi selvä. Jäähdytteen tehtävä on siirtää reaktorin tuottama lämpö voimalaitosprosessiin, ja se on tavallisesti vettä.
Kevytvesireaktorit, joissa tavallinen vesi on sekä jäähdytteenä että hidastinaineena, ovat suunnittelultaan yksinkertaisia, ydinteknisiltä ominaisuuksiltaan luonnostaan vakaita ja helppoja säätää. Näistä ominaisuuksista johtuen maailman voimalaitosreaktorit ovat pääosin kevytvesireaktoreita, joko [[painevesireaktori|painevesi-]] tai [[kiehutusvesireaktori|kiehutusvesityyppiä]]. Varsinkin uudet voimalaitokset käyttävät lähes yksinomaan kevytvesireaktoreita. Maailmalla on käytössä myös eräitä harvinaisempia reaktorityyppejä, muun muassa Venäjällä ja Kanadassa; niistä kerrotaan tarkemmin artikkelissa [[ydinreaktori]].<ref Name="Choppin">Choppin et al.: ''[http://book.nc.chalmers.se/KAPITEL/CH19NY3.PDF Principles of Nuclear Power]'', 19. luku kirjasta Radiochemistry and Nuclear Chemistry, MA, USA, 2002, ISBN 0-7506-7463-6.</ref>
==== Reaktorin säätö ====
Kevytvesireaktorin käynnissä pysyminen vaatii seuraavien kolmen edellytyksen täyttymistä:
* väkevöityä ydinpolttoainetta, joka reagoi,
* neutroneja, jotka aiheuttavat fissiot sekä
* hidastinainetta, joka jarruttaa neutroneja niin, etteivät ne karkaa reaktorista aiheuttamatta fissiota.
Tätä voi verrata tulisijaan, jossa tarvitaan polttoainetta, kuumuutta ja happea tulen ylläpitämiseksi. Jos yksikin menetetään, reaktio ei kykene jatkumaan.
Kevytvesireaktori on suunniteltu siten, että sen toimiessa kolme ehtoa täyttyvät juuri ja juuri. Reaktorin säätöä varten reaktorisydämestä voidaan poistaa tai sinne voidaan käytön aikana lisätä neutroneja absorboivia säätösauvoja. Reaktori voidaan sammuttaa milloin tahansa työntämällä tarpeeksi säätösauvoja reaktoriin. Sammuttaminen kestää noin sekunnin. Sammutuksen jälkeen uraanin hajoamistuotteet jatkavat kuitenkin hajoamistaan ja tuottavat huomattavasti jälkilämpöä, minkä vuoksi reaktorin jäähdytyksestä on huolehdittava vielä reaktorin sammutuksen jälkeenkin.<ref>[http://www.energia.fi/fi/sahko/sahkontuotanto/ydinvoima/tekniikka/turvallisuus energiateollisuus, ydinvoiman turvallisuus, 2011]></ref>
Kevytvesireaktorin luonteeseen kuuluu, että se on itsestään, fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta, vakaa. Tehon ja siten lämpötilan nousu reaktiossa johtaa hidastinaineen lämpölaajenemisen takia hidastumisen vähenemiseen, mikä itsestään vähentää fissioiden määrää.<ref Name="Choppin"/>
[[Tiedosto:Decreasing power.PNG|thumb|250px|Ydinvoimalaitosta säädetään 70 %:n teholle nimellistehosta yön ajaksi. Muutos tapahtuu tavallisesti noin 5 %/min. Muissa voimalaitoksissa, vesivoimaa lukuun ottamatta, tehon muuttaminen on pääsääntöisesti hitaampaa.]]
Reaktorin säätölaitteiston tehtävänä on, turvallisuusmerkityksensä lisäksi, muuttaa reaktorin lämpötehoa sopivaksi aikoina, jolloin sähkön kulutus ei edellytä voimalaitoksen käyttöä täydellä teholla. Esimerkiksi on mahdollista, että ydinvoimalaitoksen energiantuotantoa vähennetään yön ajaksi oheisen kuvan havainnollistamalla tavalla. Tehon muutos ei ole välitön, vaan voimalaitosprosessi sopeutetaan vähittäisellä muutoksella uuteen tehontarpeeseen. Nykyaikaisessa ydinvoimalaitoksessa tehon säätö tapahtuu nopeammin kuin tyypillisissä fossiilisia polttoaineita käyttävissä laitoksissa, mutta vesivoimalaitokset voivat säädettävyydessään saavuttaa ydinvoimalaitokset. Ydinvoimalaitoksen polttoaineenkulutus luonnollisesti vähenee suhteessa alennettuun tehoon. Suomessa sähkön kysyntä on viime vuosikymmenet ollut niin suurta, ettei ydinvoimalaitosten sähköntuotantoa tavallisesti säädetä, vaikka se teknisesti onkin mahdollista.
Ydinvoimalle on muista energiantuotantotavoista poiketen mahdollista ''automaattinen kuormanseuranta''. Kun sähkönkulutus verkossa kasvaa, lisää se voimalaitoksella [[generaattori]]n kuormaa. Tällöin höyry luovuttaa enemmän energiaa [[turbiini]]ssa ja se palaa enemmän jäähtyneenä prosessiin. Kevytvesireaktorissa tämä johtaa lämpötilan laskuun ja lämpölaajenemisen vastakkaisilmiöön eli tiheyden kasvuun hidastinaineessa. Tiheämpi hidastinaine hidastaa enemmän neutroneita ja lisää fissioiden määrää: reaktorin teho nousee itsestään suuremman kuorman seurauksena. Tästä syystä ydinvoimalaitokset pyrkivät luonnostaan tasaamaan tuotannon ja kulutuksen muutoksia sähköverkossa.<ref>Lamarsh, J.: ''Introduction to Nuclear Engineering'', Reading, MA, USA, 1983, ISBN 0-201-82498-1.</ref>
==Suurimmat ydinvoimalat==
| |||