The first nuclear power plants were built in the 1940s.
Nuclear power plants belong to the same group of thermal power plants as conventional thermal power plants. The operation of thermal power plants has a common feature - in both cases the working circuit is a steam‑water circuit. The difference is in steamsteamsteam generating sources - in coal‑fired power plants there is coal, in nuclear - a nuclear reactornuclear reactornuclear reactor filled with nuclear fuel.
Nuclear power plants have much more power than conventional ones. The problem is side production of radioactive waste. Waste fuel from reactors is exchanged every three years on average. They are stored in specially adapted places.
Each thermal power plant is a system composed of two main parts:
producing hot, compressed water vapour (nuclear part),
generating electricity thanks to turbines driven by expanding water vapour (conventional part).
The main element of the nuclear part is a reactor in which the fission reaction produces energy for heating the water flowing through the reactor corecorecore and converting it to water vapour.
The most widespread types of reactors are the pressurized water reactor (PWR) and the boiling water reactor (BWR).
RrptVjHEnCCqJ
Na rysunku przedstawiony jest schemat działania elektrowni na paliwa stałe. Z lewej strony rysunku widoczna jest hałda węgla opisana coal, poniżej płynie rzeka opisana river, z której czerpana jest woda do chłodzenia elektrowni. Widać komin odprowadzający spaliny oraz schematycznie jest pokazana budowa wewnętrzna elektrowni. Wyróżniony jest kocioł - Boiler (furnace), turbiny napędzane parą - Turbine, generator - Generator, transformator - Transformer, linie przesyłowe - Transmission Lines. Z rzeki woda do chłodzenia przesyłana jest rurami - Condenser Cooling Water.
Fossil fuel power station
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
Rp2BEgdo0lHuj
Na rysunku pokazany jest schemat elektrowni jądrowej. Lewa część rysunku to schemat rdzenia elektrowni - Containment structure oraz urządzeń doprowadzających i odprowadzających wodę - Control Rods, Reactor, Pomp, Steam Generator, Steam Line. Prawa część przedstawia turbiny - Turbine, generator - Generator, układ chłodzący - Water, Condenser, Cooling Water, Reservoir, Cooling Towers. Zaznaczone są wychodzące linie przesyłowe.
In the nuclear part of the power plant there is a reactor, circulation pumps and a steam generatorgeneratorgenerator. Together they form a primary water circuit. It is a closed circuit in which the thermal energy from the reactor produced by the fission reaction is transported by means of water to the steamsteamsteam generator. Changes in water volume in the primary circuit, caused by temperature changes, are controlled by means of a pressure regulator.
The element connecting the two circuits in the power plant is the steamsteamsteam generator. Water supplied to it by a secondary circuit from a conventional part of the power plant receives heat from the primary circuit, resulting in water vapour. It flows through a high pressure pipeline from the steam generator to the steam turbine. The steam expands, sets the turbine in motion, causing the generatorgeneratorgenerator to move and generate electricity.
These processes take place in a pressurized water reactor (PWR). In a boiling water reactor (BWR), the water vapour exchange takes place in the reactor corecorecore.
In the nuclear reactornuclear reactornuclear reactor, the process of initiating, controlling and maintaining the chain reaction takes place. As a result of fission, gamma radiation and neutrons and a significant amount of heat energy arise. Other nuclides are also formed. The failure‑free operation of the reactor depends on proper control and maintenance of the chain reaction.
The most important element of the nuclear reactor is the corecorecore in which there are fuel elements and a moderatormoderatormoderator. Moderator is a substance that slows down neutrons, e.g. graphite, heavy water.
Nuclear fuel is made usually from substances containing fissile isotopes whose nuclei easily undergo nuclear fission by bombarding with neutrons of low energy, e.g. Indeks górny 235235U, Indeks górny 233233U, Indeks górny 239239Pu, Indeks górny 241241Pu.
Nuclear fuel is enclosed within fuel elements. They have the form of rods, for example in the shape of a cylinder or cuboid.
This solution avoids unwanted release of fission products outside the reactor.
A coolant flows through the reactor, which is intended to discharge the generated heat. It must be a substance that weakly absorbs neutrons. The most commonly used are ordinary or heavy water, liquid sodium, helium or carbon dioxide. Its flow is forced by means of pumps.
In most nuclear power plants, fuel is enriched uranium, i.e. uranium Indeks górny 238238U, which contains more uranium Indeks górny 235235U than it is in natural uranium (over 0,72%). In the corecorecore of the nuclear reactornuclear reactornuclear reactor the Indeks górny 235235U uranium fission reaction takes place. As a result of this reaction, neutrons, lighter nuclei and energy are generated. These neutrons are responsible for causing further fission. In this way, a chain reaction is created.
RbSTJWeWiBQOh
Na ilustracji interaktywnej został przedstawiony przebieg reakcji rozszczepienia w reaktorze. W rdzeniu reaktora jądrowego zachodzi reakcja rozszczepienia jąder. W wyniku tej reakcji powstają neutrony, lżejsze jądra oraz wydzielana jest energia. Gdy liczba powstających neutronów jest równa liczbie neutronów, które są tracone w wyniku pochłaniania i ucieczki mamy do czynienia ze stanem krytycznym reaktora, który jest normalnym stanem pracy reaktora. Sterowanie reaktorem polega na utrzymywaniu go w stanie krytycznym. Wykorzystywane do tego są materiały silnie pochłaniające neutrony. Wykonuje się z nich pręty sterujące, których odpowiednie ustawienie wpływa na ilość dostępnych neutronów, a tym samym osłabianie lub wzmacnianie przebiegu reakcji. Zmiana strumienia neutronów pozwala na regulację mocy rdzenia. Neutrony te odpowiedzialne są za wywoływanie kolejnych rozszczepień. W ten sposób tworzy się reakcja łańcuchowa. Na rysunku przedstawione schematycznie są reakcja rozszczepienia - Fission i absorpcji - Absorption oraz wychwyt - Capture. Główne komponenty reaktora zaznaczone są w postaci prostokątów o kolorze fioletowym oznaczonym numerem 1, różowym oznaczonym numerem 2 i szarym oznaczonym numerem 3. Na ilustracji widoczne są numery, a na nich podpisy. 1. fuel rod {audio}, 2. moderator {audio}.
Na ilustracji interaktywnej został przedstawiony przebieg reakcji rozszczepienia w reaktorze. W rdzeniu reaktora jądrowego zachodzi reakcja rozszczepienia jąder. W wyniku tej reakcji powstają neutrony, lżejsze jądra oraz wydzielana jest energia. Gdy liczba powstających neutronów jest równa liczbie neutronów, które są tracone w wyniku pochłaniania i ucieczki mamy do czynienia ze stanem krytycznym reaktora, który jest normalnym stanem pracy reaktora. Sterowanie reaktorem polega na utrzymywaniu go w stanie krytycznym. Wykorzystywane do tego są materiały silnie pochłaniające neutrony. Wykonuje się z nich pręty sterujące, których odpowiednie ustawienie wpływa na ilość dostępnych neutronów, a tym samym osłabianie lub wzmacnianie przebiegu reakcji. Zmiana strumienia neutronów pozwala na regulację mocy rdzenia. Neutrony te odpowiedzialne są za wywoływanie kolejnych rozszczepień. W ten sposób tworzy się reakcja łańcuchowa. Na rysunku przedstawione schematycznie są reakcja rozszczepienia - Fission i absorpcji - Absorption oraz wychwyt - Capture. Główne komponenty reaktora zaznaczone są w postaci prostokątów o kolorze fioletowym oznaczonym numerem 1, różowym oznaczonym numerem 2 i szarym oznaczonym numerem 3. Na ilustracji widoczne są numery, a na nich podpisy. 1. fuel rod {audio}, 2. moderator {audio}.
When the number of neutrons produced is equal to the number of neutrons that are lost as a result of absorption and escape, we deal with the so‑called critical condition of the reactor. Despite its name, this is a normal state of the reactor. Controlling the reactor is based on keeping it in a critical condition. Materials strongly absorbing neutrons are used for this. Control rodscontrol rodsControl rods, made of such materials, are appropriately set, which affects the number of available neutrons, thereby weakening or strengthening the course of the reaction. The change in the neutron flux allows adjusting the corecorecore power.
The control rods also play an important role as so‑called safety rods - their task is to interrupt the course of the reaction. When the reaction gets out of control, they are shot into the core - then the reactor's operation is interrupted.
RZqszsDbKQhFN1
Na rysunku przedstawiony są dwa schematy rdzenia reaktora. Pręty sterujące zaznaczone są na czerwono. Pręty sterujące spełniają ważną rolę w zakresie bezpieczeństwa, ich zadaniem jest przerwanie przebiegu reakcji. Gdy reakcja wymyka się spod kontroli, są one wstrzeliwane do rdzenia, wtedy praca reaktora zostaje przerwana. Po lewej stronie rysunku pręty sterujące są wsunięte do rdzenia, po prawej wysunięte.
A nuclear reactornuclear reactornuclear reactor is the only source of heat in a nuclear power plant and is equivalent to a steamsteamsteam boiler found in a classic coal‑fired power plant.
As a result of proper control of the reactor operation, thermal energy is released in a controlled manner.
Exercises
R1HunncsiVp6p
Exercise 1
Wersja alternatywna ćwiczenia: Determine which sentences are true. Możliwe odpowiedzi: 1. The construction of reactors allows you to control the course of the chain reaction., 2. During the fission reaction, gamma radiation is emitted., 3. Control rods maintain the desired level of neutrons in the reactor., 4. Moderator is a substance which transfers heat created as a result of a chain reaction.
Wersja alternatywna ćwiczenia: Determine which sentences are true. Możliwe odpowiedzi: 1. The construction of reactors allows you to control the course of the chain reaction., 2. During the fission reaction, gamma radiation is emitted., 3. Control rods maintain the desired level of neutrons in the reactor., 4. Moderator is a substance which transfers heat created as a result of a chain reaction.
Determine which sentences are true.
The construction of reactors allows you to control the course of the chain reaction.
During the fission reaction, gamma radiation is emitted.
Control rods maintain the desired level of neutrons in the reactor.
Moderator is a substance which transfers heat created as a result of a chain reaction.
zadanie
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
Exercise 2
Search for information in available sources and make a note about the consequences of a Fukushima nuclear plant failure.
Exercise 3
Describe in English how the nuclear power plant works.
R3v7MpSr1p98r
Exercise 4
Wersja alternatywna ćwiczenia: Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly. Możliwe odpowiedzi: 1. elektrownia jądrowa - nuclear plant, 2. reaktor jądrowy - nuclear reactor, 3. rdzeń - core, 4. pręty sterujące - control rods, 5. para - generator, 6. rurociąg - steam
Wersja alternatywna ćwiczenia: Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly. Możliwe odpowiedzi: 1. elektrownia jądrowa - nuclear plant, 2. reaktor jądrowy - nuclear reactor, 3. rdzeń - core, 4. pręty sterujące - control rods, 5. para - generator, 6. rurociąg - steam
Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly.
elektrownia jądrowa - nuclear plant
reaktor jądrowy - nuclear reactor
rdzeń - core
pręty sterujące - control rods
para - generator
rurociąg - steam
zadanie
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
R3TmTIuvdS82K1
Interaktywna gra, polegająca na łączeniu wyrazów w pary w ciągu jednej minuty. Czas zaczyna upływać wraz z rozpoczęciem gry. Jeden ruch to odkrywanie najpierw jednej potem drugiej karty z wyrazem. Każdy wyraz jest odczytywany. Kolejny ruch to odkrywanie trzeciej i czwartej karty. W ten sposób odsłuchasz wszystkie wyrazy. Nawigacja z poziomu klawiatury za pomocą strzałek, odsłuchiwanie wyrazów enterem lub spacją. Znajdź wszystkie pary wyrazów.
Interaktywna gra, polegająca na łączeniu wyrazów w pary w ciągu jednej minuty. Czas zaczyna upływać wraz z rozpoczęciem gry. Jeden ruch to odkrywanie najpierw jednej potem drugiej karty z wyrazem. Każdy wyraz jest odczytywany. Kolejny ruch to odkrywanie trzeciej i czwartej karty. W ten sposób odsłuchasz wszystkie wyrazy. Nawigacja z poziomu klawiatury za pomocą strzałek, odsłuchiwanie wyrazów enterem lub spacją. Znajdź wszystkie pary wyrazów.
Match Polish terms with their English equivalents.
nuclear reactor
reaktor jądrowy
nuclear plant
moderator
pręty sterujące
control rods
moderator
elektrownia jądrowa
rdzeń
core
Source: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.