Podstawy energetyki jądrowej

stacjonarne

II stopnia

obowiązkowy

W 24/+; Ćw. 8/+; S 12/+; Razem: 44

Fizyka1,2./ Wymagania wstępne: elementarna znajomość fizyki atomowej i jądrowej.

Technologie maszyn energetycznych / Wymagania wstępne: znajomość technologii wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach wodnych, parowych konwencjonalnych, znajomość obiegów termodynamicznych- zwłaszcza cyklu Claussiusa – Rankina.

Ochrona środowiska w energetyce / Wymagania wstępne: znajomość zagadnień oddziaływania na środowisko elektrowni i elektrociepłowni ze szczególnym uwzględnieniem emisji gazów.

Semestr III ; kierunek : Energetyka; specjalność: Elektroenergetyka

dr inż. Janusz Wawer

1. Udział w wykładach / 24

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 7

3. Udział w seminariach / 12

4. Samodzielne przygotowanie się do seminariów / 5

5. Udział w ćwiczeniach / 8

5. Udział w konsultacjach / 2

6. Przygotowanie do zaliczenia / 6

7. Udział w zaliczeniu / 1

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 65 / 2 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1.+3.+5.+7.=39 / 1 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 3.+4.=17 / 0,5 ECTS

Przedmiot ma za zadanie zaznajomienie studentów z budową i działaniem elektrowni jądrowych, pracujących w oparciu o reaktory lekko wodne, tak wrzące, jak i ciśnieniowe. Dużą uwagę poświęcono omówieniu procesów fizycznych zachodzących w reaktorze jądrowym, takich, jak: moderacja, transport i dyfuzja neutronów oraz reakcja łańcuchowa rozszczepienia. Poruszane są zagadnienia stanu ustalonego, samoistnej i wymuszonej zmiany mocy , sterowania za pomocą neutronów opóźnionych. Przedyskutowano też problem gospodarki paliwem jądrowym w aspekcie jego przygotowania i utylizacji oraz związany z tym problem bezpieczeństwa i ochrony środowiska

Wykład / metody dydaktyczne: werbalno-wizualna prezentacja treści programowych

1. Energetyka jądrowa / 2 godz.

Historia energetyki jądrowej w Polsce. Energetyka jądrowa w

świecie. Problem konkurencyjności cenowej energetyki jądrowej.

Porównanie działania elektrowni węglowej i jądrowej.

2. Elementy fizyki jądrowej / 2 godz.

Budowa jądra atomowego. Energia wiązania nukleonów. Defekt

masy. Siły jądrowe. Model kroplowy jądra. Promieniotwórczość

naturalna.

3. Reakcje jądrowe / 2 godz.

Przykłady reakcji. Pojęcie przekroju czynnego. Prawa zachowania.

Reakcje z udziałem neutronów. Rozszczepienie jąder atomowych.

Reakcja łańcuchowa.

4. Teoria spowalniania neutronów w moderatorze / 2 godz.

Rozpraszanie sprężyste w układzie środka mas i laboratoryjnym.

Efektywność moderatora. Logarytmiczny dekrement strat energii

w zderzeniach- pojęcie letargu i średniej drogi swobodnej.

5. Transport neutronów / 2 godz.

Wyprowadzenie równania transportu neutronów. Dyfuzja

neutronów monoenergetycznych

6. Teoria reaktora jednorodnego / 2 godz.

Równanie dyfuzji neutronów dla jednorodnego reaktora

kulistego. Warunki zajścia samopodtrzymującej się reakcji

łańcuchowej.

7. Termiczny reaktor jądrowy w stanie krytycznym / 2 godz.

Stan krytyczny reaktora. Efektywny współczynnik mnożenia.

Rozmiary krytyczne reaktora. Jednorodny reaktor termiczny z

reflektorem w stanie krytycznym

8. Zmiany reaktywności w czasie pracy reaktora / 2 godz.

Zmiany reaktywności powodowane przez układ sterowania.

Sterowanie za pomocą prętów regulacyjnych. Ciekłe absorbenty

neutronów. Zmiany reaktywności wywołane zmianami

temperatury. Zmiany reaktywności wywołane zmianami składu

izotopowego paliwa.

9. Kinetyka reaktora z udziałem neutronów opóźnionych / 2 godz.

Szybkość przebiegu reakcji łańcuchowej. Rola neutronów

natychmiastowych i opóźnionych. Sterowanie za pomocą

neutronów opóźnionych. Okres i reaktywność reaktora. Zmiany

mocy w funkcji czasu pracy. Włączanie i wyłączanie reaktora.

Redukcja mocy a zmiana reaktywności. Czas wznowienia pracy

po wyłączeniu.

10.Typy reaktorów / 2 godz.

Różne kryteria podziału. Reaktory doświadczalne. Reaktory

energetyczne. Reaktor typu BWR ( Boiling Water Reactor).

Reaktor PWR (Pressurized Water Reactor) . Reaktor RBMK

(Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj). Reaktory powielające BR

(Breedings Reactors).

11. Paliwo jądrowe / 2 godz.

Wzbogacanie uranu. Cykle paliwowe. Powstawanie odpadów w

cyklu paliwowym. Postępowanie z odpadami. Paliwo MOX. Cykl

torowy. Produkcja paliwa w reaktorze powielającym.

12. Bezpieczeństwo energetyki jądrowej / 2 godz.

Dozymetria promieniowania jonizującego. Ochrona przed

promieniem. Zabezpieczenia współczesnej elektrowni jądrowej.

Awaria elektrowni jądrowej Three Miles Islands w Pensylwanii .

Przyczyny i mechanizm awarii elektrowni jądrowej w

Czarnobylu. Awaria w Fukushimie. Problem odpadów

radioaktywnych.

Ćwiczenia rachunkowe / metody dydaktyczne: repetytorium;

obliczanie wybranych parametrów reaktora energetycznego,

rozwiązywanie równań różniczkowych opisujących spowalnianie i

dyfuzję neutronów termicznych.

1. Reakcje jądrowe. Obliczanie przekrojów czynnych / 2 godz.

2. Spowalnianie i dyfuzja neutronów w reaktorze / 2 godz.

3. Obliczanie rozmiarów krytycznych reaktora / 2 godz.

4. Propagacja promieniowania jądrowego w ośrodku / 2 godz.

Seminaria / metody dydaktyczne: dyskusja, prelekcja, prezentacja

(2 x 6godz.) - w Instytucie Energii Atomowej w Świerku.

1. Eksploatacja reaktora jądrowego na przykładzie reaktora „Maria”.

2. Sterowanie pracą reaktora i zapewnienie bezpieczeństwa.

podstawowa:

1.Jerzy Kubowski: Nowoczesne elektrownie jądrowe. Wydawnictwo

WNT Warszawa 2010

2. E. Lewis: Fundamentals of Nuclear Reactor Physics. Academic

Press, 2008

3. Marian Kiełkiewicz: Jądrowe reaktory energetyczne. Wydawnictwo

WNT Warszawa 1978

uzupełniająca:

1. H. van Dam, T.H.J.J. van der Hagen, J.E.Hoogenboom: Nuclear

Reactor Physics, Delft University of Technology, Netherlands

2005.

2. Internet

W1 Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą

podstawy fizyki kwantowej oraz fizyki jądrowej w tym wiedzę

niezbędną do zrozumienia zjawisk fizycznych mających istotny

wpływ na właściwości nowych materiałów i działanie

zaawansowanych elementów i układów energetycznych oraz w

ich otoczeniu / K_W02

W2 Ma poszerzoną wiedzę z zakresu nowoczesnych technik

pozyskiwania energii z konwencjonalnych i niekonwencjonalnych

źródeł energii / K_W11

U1 Potrafi dokonać krytycznej analizy i oceny efektywności

energetycznej projektowanych lub istniejących rozwiązań

technicznych w dziedzinie energetyki oraz zaproponować ich

modyfikację lub udoskonalenie / K_U14

K1/ Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i

skutki działalności inżynierskiej, w tym jej wpływu na środowisko i

odpowiedzialności za podejmowane decyzje /K_K02

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia.

Zaliczenie przeprowadzane jest w formie pisemnej i ustnej. Podstawą

dopuszczenia do zaliczenia jest zaliczenia ćwiczeń rachunkowych i

seminariów.

Ćwiczenia rachunkowe zaliczane są na podstawie uzyskania

pozytywnej oceny z kolokwium.

Seminarium zaliczane jest na podstawie obecności na zajęciach

wyjazdowych w Świerku i czynnego w nich udziału.

efekty W1, U1- sprawdzane są na ćwiczeniach rachunkowych;

efekty W1, W2, U1, K1– sprawdzane są podczas zaliczenia;