Ydinreaktorit

Abstract

Tämän opinnäytetyön taustalla on pitkäkestoinen mielenkiinto ydinvoimatekniikkaan sovelluksineen. Tutkimusmenetelmänä on kirjallisuustyö, ja materiaali on hankittu alan kirjoista ja internetistä. Tarkastelukohteiksi rajattiin perinteinen painevesireaktori- ja kiehutusvesireaktori tekniikka, sekä se, mitä ydinreaktorin kestävä ketjureaktio edellyttää ydinreaktorilta. Rajausta on sovellettu laajasti. Työn luonteen mukaisesti uusia tutkimustuloksia ei ole.

U-235 ydin virittyy lisäneutronin massan seurauksena, ja kun ytimen sisäisten ydinvoimien tasapaino järkkyy U-236 isotooppina, se hajoaa. Hajoamisen seurauksena syntyy uusi tasapaino pienempinä ytimenä, hiukkasina ja energiana.

Ydinvoimalan toimintaperiaate on ketjureaktiona tapahtuvien epävakaiden ytimien hajoamisesta syntyneen lämmön hallittu muuntaminen käyttökelpoiseksi energiaksi, tavallisesti sähköenergiaksi höyryturbiinien avulla. Painevesireaktorissa lämmönsiirrossa käytetään kahta peräkkäistä jäähdytyskiertoa, joista jälkimmäinen höyrynä, ja ydinreaktio tapahtuu painekammiossa veden kiehumisen estämiseksi. Kiehutusvesireaktorissa tuotetaan suoraan vesihöyryä.

Johtopäätöksenä säteilyn ohella todellinen ydinvoiman vaaratekijä on jäähdytyksessä käytetty vesi, ja siksi ydinvoimatekniikassa tulisi siirtyä pois vanhasta höyrykattilatekniikasta, tai keskittää sen käyttö lähinnä alkuperäiseen laivojen käyttöön, koska laivoilla on poikkeuksetta käytettävissä jäähdytykseen vettä. Höyryn räjähdysmäisen laajenemisen välttämiseksi lämmönsiirrossa tulisi suosia materiaaleja, joiden kyky johtaa ja sitoa lämpöä on merkittävästi suurempi ja laajenemiskeroin on merkittävästi pienempi, tai negatiivinen, kuten käyttämällä sulasuola seoksia.

The background of this thesis is interest to nuclear technology and its various applications. The research method was a literary review. The subject of the review was conventional pressurized water reactor technology and boiling water reactor technology, as well as what a lasting chain reaction requires from a nuclear reactor.

The fission occurs as a result of an excess of atomic nucleus neutrons, resulting in a disruption of the nucleus nuclear force balance. Fission results a new balance of lighter atomic nuclei, particles and energy. The operating principle of a nuclear power plant is the controlled conversion of heat from fission chain reaction of unstable nuclei into usable energy, usually by steam turbines. In the pressurized water reactor, two consecutive cooling cycles are used, the latter being steam, and the nuclear reaction takes place in the pressure chamber to control the boil- ing of water. In the boiling water reactor the nuclear reactor produces directly steam.

To conclude, the danger factor for nuclear power is the water used for cooling, nuclear technology must move forward from the old steam boiler technology, or divert the use of steam technology mainly to the original use of ships, because light water is invariably available on ships.

To avoid vapor explosion, materials with a significantly higher thermal capacity and a negligible or significantly lower expansion should be preferred for heat transfer, for example using mixed melted salts.