Često postavljano pitanje vezano uz nuklearni reaktor jest kako izgledaju te famozne gorive šipke i gorivi elementi te koliko i kako često traje jedan gorivi ciklus nuklearnog reaktora. Pa, eto, da vam cijelu priču ilustriram:

Na gornjoj slici možemo vidjeti jedan tipičan gorivi element nalik onima koji se koristi u Krškom. Gorivi element se sastoji od matrice (kvadratna struktura s rupicama) u kojoj se nalaze vrlo uske (promjera manjeg od centimetra) gorive šipke od uranova dioksida (UO₂) koje su nalaze u zaštitnoj košuljici od materijala pod imenom Zircaloy, koji se temelji na ugljičnoj strukturi sličnoj grafitu ili cirkoniju. Prisustvo košuljice, osim zaštite gorive šipke ima i svrhu moderacije reakcije fuzije. Tipični sastav urana u gorivoj šipki jest do 5% izotopa uran U-235 (nad kojim se vrši reakcija fisije), dok je ostatak izotop urana U-238 koji ne sudjeluje u fisijskoj reakciji. Obogaćenje urana se gleda prema udjelu izotopa U-235, i ako je udio recimo 4.5%, onda je i obogaćenje gorive šipke 4.5%. Tipične veličine matrice gorivog elementa kod reaktora kakav je u Krškom su od 14 x 14 pozicija do 17 x 17 pozicija, s tim da sve pozicije ne zauzimaju gorive, već je dio namijenjen i kontrolne šipke (čijim spuštanjem se gasi reakcija fisije) te instrumentaciju za određivanje stanja u gorivom elementu. Tipična duljina gorivog elementa (na slici, radi detaljnijeg pogleda na matricu mu je gornji dio na slici ovako odsječen, inače ne bi trebali biti ovako razdvojeni…) je u slučaju reaktora sličnih onome u Kršku od 3,5 do 4 metra.

Tipičan raspored gorivih elemenata u nekom nuklearnom reaktoru možete vidjeti na slici:

Dakle, ovako izgleda reaktor odozgo za vrijeme izmjene goriva. Okrugla struktura u kojoj se nalaze gorivi elementi naziva se reaktorska posuda, a cijela stvar se nalazi ispod barem desetak metara vode. Nove gorive elemente možete prepoznati po tome što su im vrhovi tirkizne boje, za razliku od starih kojima su vrhovi već potamnjeli. Na mjestima gdje su trenutno vidi se plavičasta Čerenkovljeva svjetlost (interni link), koja je svjetlosni ekvivalent “probijanja zvučnog zida”. Neutroni se, naime gibaju u vodi brže od brzine svjetlosti i dolazi do loma (budući da je brzina svjetlosti u vodi manja od brzine svjetlosti u zraku). Dvije cijevi koje vidite da vire s desne strane služe za stavljanje, razmještanje i vađenje gorivih elemenata iz reaktora. Kako izgleda ubacivanje jednog gorivog elementa u reaktor možete vidjeti na ovom kratkom videu na Jubitou.

Jedan gorivi ciklus (između dvije izmjene goriva), za nuklearnu elektranu Krško donedavno je trajao 12 mjeseci, s tim da je nedavno povećan na 18 mjeseci (u SAD-u se razmišlja i o racionalizaciji uvođenjem modifikacije koji bi omogućile dvogodišnji ciklus op.a.). Prilikom izmjene goriva tipično se vadi približno četvrtina do trećina gorivih elemenata, dok se ostali razmještaju kako bi se postigla povoljna struktura i ravnoteža snage u reaktoru. To otprilike znači da svaki gorivi element u reaktoru provede otprilike 3 do 4 ciklusa. Za vrijeme izmjene goriva dolazi do obustave rada nuklearke na otprilike mjesec dana, no kako svaki dan stajanja nuklearke znači da nuklearka ne isporučuje električnu energiju, a to ekonomski gledano znači značajne gubitke profita, trajanje izmjene goriva se racionalizacijom posla nastoji što više skratiti. Tako, na primjer, umjesto dosadašnjih nešto manje od mjesec dana sljedeća izmjena goriva u nuklearnoj elektrani Mochovce u Slovačkoj (interni link) bi trebala biti izvedena kroz 14 dana.

Eto, nadam se da ste i vi, ali i ja zajedno s vama nešto naučio… :-)

Resursi

• Wikipedia - Nuclear fuel

Povezani članci

• Nastavljam ti priču o Toshibinom 4S brzom nuklearnom reaktoru… :-)
• Kako izvaditi plutonij iz istrošenog nuklearnog goriva?
• Nuklearni pokus izveden u srcu Europe?!
• U primarnom krugu tlakovodnog (PWR/VVER) reaktora
• Razumijevanje nuklearne energije
• Pričam ti priču o Toshibinom kućnom nuklearnom reaktoru… :-)