JEDRSKE ELEKTRARNE - POWERLAB

JEDRSKE ELEKTRARNE 

Konec leta 2009 je po podatkih Informacijskega sistema nuklearnih elektrarn (Power 

Reactor Information System - PRIS), pridobljenih s strani Mednarodne agencije za jedrsko 

energijo (International Atomic Energy Agency - IAEA), v svetu delovalo 437 jedrskih 

elektrarn s skupno inštalirano močjo 370 1877 MW, kar je okoli 14 % vse moči v svetu. V 

letu 1994 so bile v omrežja Kitajske, Japonske, Republike Koreje in Meksika vključene 

štiri nove jedrske elektrarne. Dve elektrarni so zaprli: eno v Franciji in eno v Veliki 

Britaniji; hkrati so začasno ustavili gradnjo treh reaktorjev. V gradnji je 48 jedrskih 

reaktorjev s skupno močjo 38 876 MW. Skupne izkušnje v obratovanju jedrskih reaktorjev 

so dosegle več kot 13 900 reaktorskih let. 

Največji del (29 %) svetovne inštalirane jedrske energije je v ZDA, sledita Francija s 17 % 

in Japonska z 11 %. Nemčija doprinaša 6,7 % inštalirane moči, sledi ji Rusija s 5,8 %, 

Kanada s 4,6 %, Ukrajina s 3,7 % , Velika Britanija s 3,4 % in Švedska z okoli 3 %. Glede 

na delež jedrske energije v celotni nacionalni proizvodnji električne energije vodi Litva, 

kjer je bilo v letu 1994 okoli 76 % električne energije proizvedene v jedrskih elektrarnah, 

sledi ji Francija s 75 %, Belgija s 56 %, Švedska z 49 % in Slovaška z 49 %, še v 

dvanajstih državah pa je delež električne energije, proizvedene v jedrskih elektrarnah, 

predstavljal več kot 25 %. V zadnjih letih v svetovnem razvoju jedrske energije ni prišlo do 

kakšnih temeljnih sprememb. Večina držav z jedrskimi programi je sledila vpeljanim 

načrtom za razširitev doprinosa jedrskih elektrarn k njihovi proizvodnji električne energije. 

UM FERI Laboratorij za energetiko Jože VORŠIČ Energetski trg

Reaktorji v 

obratovanju 

Načrtovani 

reaktorji 

Proizvodnja 

v 2009 

Delež v 

proizv.el. 

Skupni čas 

obratovanja 

država 

Št. enot 

Moč 

Moč 

Št. enot 

[MW] 

[MW] 

[TWh] [%] let mesecev 

J. Afrika 2 1800 11,6 4,8 50 3 

Afrika 2 1800 11,6 50 3 

Kanada 18 12 577 85,1 14,8 582 2 

Mehika 2 1 300 10,1 4,8 35 11 

ZDA 104 100 683 1 1 165 796,9 20,2 3 499 9 

Sev. Amerika 124 114 560 1 1 165 892,1 4 117 10 

Argentina 2 935 1 692 7,6 6,9 62 7 

Brazilija 2 1 766 12,2 2,9 37 3 

Juž. Amerika 4 2 701 1 692 19,8 99 10 

Armenija 1 376 2,3 45,0 35 8 

Kitajska 11 8 438 20 19 920 65,7 1,9 99 3 

Indija 18 3 984 5 2 708 14,7 2,2 318 4 

Japonska 54 46 823 1 1 325 263,1 28,9 1 439 5 

Koreja (republika) 20 17 647 6 6 520 141,1 34,8 339 8 

Pakistan 2 425 1 300 2,6 2,7 47 10 

Tajvan 6 4 949 2 2 600 39,9 20,7 170 1 

Azija 112 82 642 35 33 373 529,4 2 450 3 

Belgija 7 5 863 45,0 51,7 233 7 

Bolgarija 2 1 906 2 1 906 14,2 35,9 147 3 

Češka 6 3 678 25,7 33,8 110 10 

Finska 4 2 696 1 1 600 22,6 32,9 123 4 

Francija 59 63 260 1 1 600 391,8 75,2 1 700 2 

Nemčija 17 20 470 127,7 26,1 751 5 

Madžarska 4 1 859 14,3 43,0 98 2 

Litva 10,0 76,2 43 6 

Nizozemska 1 482 4,0 3,7 65 0 

Romunija 2 1 300 10,8 20,6 15 11 

Rusija 31 21 743 9 6 894 152,8 17,8 994 4 

Slovaška 4 1 711 2 810 13,1 53,5 132 7 

Slovenija 1 666 5,5 37,8 28 3 

Španija 8 7 450 50,6 17,5 269 6 

Švedska 10 8 958 50,0 37,3 372 6 

Švica 5 3 238 26,3 39,5 173 10 

Ukrajina 15 13 107 2 1 900 77,9 48,6 368 6 

UK 19 10 097 62,9 17,9 1 457 8 

Evropa 195 168 484 17 14 710 1 105,2 7 086 4 

Iran 1 915 

Srednji vzhod 1 915 

Svet 437 370 187 55 50 855 2 558,1 14 13 911 3 


Nuclear Share of Electricity during 1999 

France 

Lithuania 

Belgium 

Bulgaria 

Slovakia 

Sweden 

Ukraine 

Korea (Republic) 

47,1 

47,0 

46,5 

43,8 

42,8 

57,7 

75,0 

73,0 

Hungary 

39,0 

Armenia 

36,4 

Slovenia 

36,0 

Switzerland 

35,3 

Japan 

34,7 

Finland 

33,1 

Germany 

31,2 

Spain 

28,3 

UK 

26,0 

Taiwan, China 

25,3 

Czech Republic 

21,1 

USA 

19,8 

Russian Federation 

14,4 

Canada 12,4 

Romania 10,4 

Argentina 9,0 

South Africa 7,1 

Mexico 5,5 

UM FERI Laboratorij za energetiko Jože VORŠIČ Netherlands Energetski trg 3,9

Ne preseneča, da dosegajo največje zmanjšanje emisij CO 2 tisti procesi, ki imajo velik 

delež jedrske energije. To se je dramatično pokazalo v primeru Francije, kjer se je med 

letoma 1980 in 1992 z izvedbo jedrskega programa emisija CO 2 zmanjšala za 60 %, SO 2 za 

77 %, NO x za 60 % in trdih delcev za 86 %. Vsaka teravatna ura (TWh) električne energije, 

proizvedena iz premoga, proizvede milijon ton CO 2 , kar pomeni, da smo se v letu 1994, s 

proizvodnjo 2100 TWh v jedrskih elektrarnah izognili 2100 milijonom ton CO 2 , ki bi se 

pojavile, če bi električno energijo proizvajali v termoelektrarnah na premog. Po celem 

svetu bi v obdobju 20 let, od 1974 do 1993, potrebovali za proizvodnjo električne energije, 

ki je bila proizvedena v jedrskih elektrarnah (23.660 TWh) 8200 milijonov ton premoga ali 

5400 milijonov ton olja ali pa 6000⋅10 9 kubičnih metrov zemeljskega plina. 

Jedrske elektrarne in še bolj obnovljivi viri zelo malo prispevajo k atmosferskemu 

ogljikovemu dioksidu ali nivoju žvepla in nitratov. Tehnologija obnovljivih virov, razen 

vodnih, še vedno potrebuje obsežne raziskave in razvojne uspehe, preden bo pripravljena 

za izkoriščanje v širšem obsegu in bo postala ekonomsko konkurenčna za pokrivanje 

električne energije v pasu. 

Na prihodnost jedrske energije lahko vpliva njena prilagodljivost. Jedrska energija je 

ekonomsko konkurenčna z električno energijo, proizvedeno v elektrarnah na fosilna 

goriva, in ima zaradi tega možnost, da se obdrži v naraščajočih potrebah po električni 

energiji in za zamenjevanje zastarelih in izrabljenih termoelektran na fosilna goriva. V 

manjših omrežjih lahko zagotavljajo električno energijo tudi majhne in srednje jedrske 

elektrarne, kar bo zaželeno v mnogih državah v razvoju ali pa v napajanjih območnega 

ogrevanja, razsoljevanja morske vode in proizvodnje toplote za industrijo. 


ok. 400 p.n.š. Demokrit Snov sestavljajo majhni nevidni delci, atomi 

ok. 60 p.n.š. Lucretius Članek “O naravi stvari” 

1789 Klaproth Odkritje urana 

1808 Dalton Molekule so sestavljene iz atomov, kemične spojine 

1811 Avogadro Plinski zakoni 

1868 Mendeljejev Periodna preglednica elementov 

1895 Röntgen Odkritje rentgenske svetlobe 

1896 Becquerel Odkritje radioaktivnosti 

1897 Thomson Odkritje elektrona 

1898 M. in P. Curie Odkritje elementov polonij in radij 

1903 Wilson Meglična celica 

1905 Einstein Masi ustreza energija 

1909 Rutherford Delci α so helijeva jedra 

1911 Hess Odkritje sevanja iz vesolja 

1913 Bohr Model atoma 

1914 Moseley Karakteristične rentgenske spektralne črte 

1919 Rutherford Odkritje jedrske reakcije 

1924 De Broglie Gibajočemu se elektronu ustreza valovanje 

1925 Heisenberg Matrična mehanika 

1926 Schrödinger Valovna mehanika 

1927 Heisenberg Načela nedoločenosti 

1930 Pauli Vpeljava nevtrina 

1932 Anderson Odkritje pozitrona 

1934 Fermi Teorija šibkih interakcij radioaktivnega razpada β 

1935 Yukava Mezonska teorija 

1936 v. Weizsäcker Kapljični model jedra 

1937 Anderson Odkritje težkega elektrona (µ miona) 

1939 Hahn, Straßmann Odkritje cepitve jedra 

1942 Fermi Prva kontrolirana verižna reakcija v reaktorju v Chicagu 

1947 Powell,Occhialini Odkritje Yukawovega mezona (pion) 

1955 CERN (Švica) Odkritje antiprotona 


Jedrski gorivni krog 

Velik del elektrike pridobimo danes v termoelektrarnah, kjer s segrevanjem uparimo vodo. 

Para poganja turbino, le-ta pa generator, ki proizvaja elektriko. Za segrevanje vode 

uporabljamo toploto, ki nastane z gorenjem premoga, nafte ali naravnega plina (fosilna 

goriva), in toploto, ki se sprošča pri cepitvi jeder uranovega izotopa U-235 ali plutonija. 

Jedrski gorivni krog je sistem jedrskih naprav, po katerih kroži jedrsko gorivo. Gorivni 

krog se zelo razlikuje med posameznimi državami, saj imajo v večini držav le jedrske 

reaktorje, za katere uvažajo jedrsko gorivo. Celotni jedrski gorivni krog, ki ga imajo le v 

nekaterih državah, sestavljajo: 

• rudnik urana 

• obrat za predelavo (konverzijo) uranove rude 

• tovarna za obogatitev urana 

• tovarna za izdelavo goriva 

• jedrska elektrarna 

• skladišče izrabljenega goriva 

• tovarna za predelavo izrabljenega goriva 

• odlagališče nizko in srednje radioaktivnih odpadkov 

• odlagališče visoko radioaktovnih odpadkov 


Jedrski gorivni krog je lahko “zaključen” na različne načine, saj uran, pridobljen pri 

predelavi izrabljenega goriva, lahko ponovno obogatimo; plutonij lahko uporabljamo v 

hitrih reaktorjih in podobno. 

odpadki 

OBDELAVA NIZKO 

IN SREDNJE 

RADIOAKTIVNIH 

ODPADKOV 

ODLAGALIŠČE 

NS RAO 

odpadki 

MEDICINA 

INŠTITUTI 

INDUSTRIJA 

gorivni element 

JEDRSKA 

ELEKTRARNA 

izrabljeno gorivo 

RUDNIK 

URANA 

UO 2 

UF 6 

IZDELAVA 

GORIVA 

OBOGATITEV 

URANA 

uran in plutonij 

ZAČASNO 

SKLADIŠČE 

PREDELAVA 

odpadki 

OBDELAVA 

VISOKO 

RAKTIVNIH 

ODPADKOV 

ODLAGALIŠČE 

IZRABLJENEGA 

GORIVA 

ODLAGALIŠČE 

odpadki 

Jedrski gorivni krog 


Atomi, jedra, izotopi 

Organsko in neorgansko naravo sestavljajo molekule. Te lahko s pomočjo kemijskih metod 

razstavimo na atome, ki jih je okoli 100. Atomi so sestavljeni iz jedra in elektronov, jedro 

pa sestoji iz protonov in nevtronov. To so nukleoni. Protoni so pozitivno naelektreni delci, 

nevtroni pa nenabiti delci. Atom je električno nevtralen, zato ima enako število nevtronov 

in elektronov. Kemijske lastnosti elementa določa število elektronov v atomu. Tako se 

atom z enim protonom in enim elektronom imenuje vodik, na koncu seznama naravnih 

elementov je uran, ki ima 92 protonov. Je sivobela kovina z gostoto 18,950 kg/m 3 . V 

zemeljski skorji ga je nekaj miljonink (4 ppm). Leta 1789 ga je odkril Nemec Martin 

Heinrich Klaproth. 

Atomi določenega elementa z istim številom protonov imajo lahko različno število 

nevtronov v jedru, zato imajo tudi različno atomsko maso. Takšne atome imenujemo 

izotopi. Ti se kemijsko enako obnašajo, zato jih s kemijskimi metodami ne moremo ločiti. 

Uran ima 11 izotopov, od katerih sta najvažnejša uran 238, ki ima 92 protonov in 146 

nevtronov, in uran 235, ki ima 92 protonov in 143 nevtronov. Naravni uran sestoji iz 

99,3 % atomov urana 238 in 0,7 % atomov urana 235. 


Cepitev urana 

Hahn in Strassman sta leta 1939 ugotovila, da se pri obstreljevanju urana z nevtroni zgodi 

nekaj nenavadnega: uranovo jedro se razcepi v dva radioaktivna dela. Ob tem se sprosti 

tudi energija in nekaj nevtronov. Elementi, ki se cepijo ob zajetju nevtronov, so uran 233, 

uran 235 in plutonij. Ob cepitvi enega jedra se “rodijo” dva ali trije nevtroni, ki sprožijo 

nove cepitve. Ena izmed možnih reakcij je: 

1 

0 

n+ U→ Ba+ Kr + 2 n + 193MeV 

235 

92 

137 

56 

97 

36 

1 

0 

Naravni uran vsebuje predvsem dva izotopa: uran 238 (99,3 %) in uran 235 (0,7 %). V 

lahkovodnih jedrskih elektrarnah (le-te so danes v večini) uporabljajo jedrsko gorivo, ki 

vsebuje od 2 do 4 % urana-235, kar je precej več, kot je urana-235 v naravnem uranu. 

Pravimo, da je takšno gorivo obogateno. Za obogatitev urana uporabljajo več metod: 

plinsko centrifugiranje, plinsko difuzijo, ločilno šobo, lasersko ločevanje itd. Zelo dolgo je 

bila ena od glavnih metod za obogatitev urana plinska difuzija. To je metoda, kjer se za 

ločevanje izotopov izkorišča pojav, da plini z različno molekularno maso prehajajo 

(difundirajo) preko porozne pregrade (membrane) z različnimi hitrostmi. 



Tehnološki krog 

Termoelektrarne so naprave za pretvarjanje toplotne energije v električno. V parnem kotlu 

zgoreva gorivo, nastala toplota uparja vodo. Paro vodimo najprej v visokotlačni in nato v 

nizkotlačni del turbine. Parna turbina poganja električni generator. Iz turbine gre para v 

kondenzator, kjer se utekočini. Kondenzator hladimo s hladilno vodo, ki jo črpamo iz reke 

ali morja, za hlajenje lahko uporabljamo tudi hladilni stolp. Kondenzirano paro črpa 

napajalna črpalka nazaj v kotel. Po zakonih termodinamike je možno pretvoriti v drugo 

vrsto energije le del toplote. Moderne termoelektrarne pretvorijo v električno energijo 

okoli 40 % toplote. Izkoristek je tem večji, čim višja je temperatura pare. 

turbini 

generator 

kotel 

kondenzator 

črpalka 

UM FERI Laboratorij za energetiko Jože VORŠIČ Energetski trg 

fosilno gorivo 

Pridobivanje električne energije v termoelektrarni

Jedrska elektrarna deluje na podoben način kot termoelektrarna, le izvir toplote ni gorenje 

premoga ali plina, temveč gorenje jedrskega goriva (cepitev težkih atomov. To gorivo je 

spravljeno v sredici reaktorja, ki jo obdaja tlačna posoda. Skozi sredico kroži hladilo 

(voda), ki prenaša sproščeno toploto preko uparjalnika na parni sistem (tlačni reaktor). 

Sredica, tlačna posoda in naprave v tlačni posodi torej sestavljajo reaktor, ki je najbolj 

značilen del jedrske elektrarne. 

para 

tlačnik 

regulacijske palice 

črpalka 

voda 

grelci 

uparjalnik 

sredica reaktorja 

cev 

reaktorska tlačna posoda 


Pridobivanje pare v jedrski elektrarni

eaktor 

primarni 

sistem 

sekundarni 

sistem 

parovod 

turbina 

generator 

reaktor parovod turbina 

generator 

sredica 

sredica 

uparjalnik 

črpalka 

hladilna voda 

za kondenzator 

kondenzator 

kondenzator 

črpalka 

hladilna voda za 

kondenzator 

a) vrelni reaktorja (neposredno hlajenje) 

b) tlačni reaktor (primarni in sekundarni hladilni krog) 

Pri vodno hlajenih jedrskih reaktorjih je izkoristek elektrarne približno 34 %, ker je 

maksimalna temperatura hladila omejena s kritično temperaturo vode, ki je 379°C. Nad to 

temperaturo obstaja voda le kot para, ki pa je slab moderator in hladilo, kar onemogoča 

delovanje reaktorja. Praktična meja za temperaturo hladila je okoli 320 °C. 


Jedrski reaktor 

Jedrski reaktor je naprava, v kateri teče nadzorovana cepitev uranovih ali plutonijevih 

jeder. Ta reakcija se sama vzdržuje. Reaktor sestavljajo: 

• sredica reaktorja 

• moderator 

• hladilo 

• regulacijske palice 

Ti deli so v reaktorski (tlačni) posodi, skozi katero teče hladilo. 

Sredica reaktorja 

V sredici reaktorja je jedrsko gorivo, kjer poteka cepitev cepljivega materiala: 

• nevtroni “pobegnejo” iz sredice reaktorja 

• ujamejo se v gorivu in pri tem ne pride do cepitve (resonančno zajetje) 

• ujamejo se v drugih materialih, ki sestavljajo sredico (hladilo, razcepni proizvodi, 

nečistoče v gorivu) 

• ob zajetju v uranu 235 povzročijo cepitev. Verjetnost za to reakcijo je 84 %. 


Moderator 

Nevtroni, nastali pri cepitvi, imajo zelo različne hitrosti, v povprečju znaša njihova hitrost 

desetino svetlobne hitrosti (energija je okoli 2 MeV). To so hitri nevtroni, ki opravijo 

večino cepitev v hitrih reaktorjih. 

Jedra 233 U, 235 U in 239 Pu razcepijo nevtroni s poljubno energijo, vendar je verjetnost za 

cepitev tem večja, čim manjša je hitrost nevtrona. Zato je treba nevtrone čim bolj 

upočasniti (moderirati), za kar skrbi moderator. To je material, ki vsebuje lahke elemente: 

vodik (voda), devterij (težka voda), berilij ali ogljik (grafit). V ta jedra se hitri nevtroni 

zaletavajo kot biljardne kroglice in ob vsakem trku se nevtronu zmanjša hitrost. Tako 

nastanejo termični (“počasni”) nevtroni, ki opravijo večino cepitev v termičnih reaktorjih. 

Za te reaktorje je torej značilno to, da imajo moderator, ki je razporejen med gorivom, da 

lahko uspešno opravi moderacijo. 


Dogodke pri cepitvi lahko predstavimo z naslednjo shemo, ki ponazarja življenje ene 

generacije nevtronov: 

100 termičnih nevtronov, ki povzročijo cepitev goriva 

230 hitrih nevtronov, ki se pojavijo pri cepitvi 

20 hitrih nevtronov pobegne 

40 hitrih nevtronov se absorbira v uranu 238 

170 termičnih nevtronov 

20 termičnih nevtronov pobegne 

30 termičnih nevtronov se absorbira v gorivu 

20 termičnih nevtronov se absorbira v moderatorju in drugih materialih 

100 termičnih nevtronov, ki povzročijo cepitev goriva 

Pobeg nevtronov zmanjšamo, če sredico obdamo z reflektorjem. Reflektor je iz materiala 

(grafit, berilij, voda), ki odbija nevtrone nazaj v sredico. 


Hladilo 

Ob cepitvi goriva se sprosti toplota, ki jo je treba odvesti s hladilom. Moč posameznega 

reaktorja je odvisna tudi od učinkovitosti prenosa toplote. Za hladilo lahko uporabljamo: 

• lahko vodo 

• težko vodo 

• tekočo kovino (natrij) 

• plin (CO 2 , He) 

Regulacijske palice 

Reaktor je vedno narejen tako, da nastane v sredici več nevtronov, kot se jih izgubi. V tem 

primeru uravnavajo pravilno število nevtronov regulacijske palice, ki močno absorbirajo 

nevtrone (kadmij, indij, srebro). Z dvigovanjem ali spuščanjem regulacijskih palic se 

uravnava moč reaktorja, ki je sorazmerna številu nastalih nevtronov pri cepitvi goriva. 


Gorivni sveženj 

Za zgorevanje v reaktorju kovinski uran ni primeren, ker se pri pogojih v reaktorju 

strukturno in dimenzijsko spreminja, poleg tega pa ima tudi nizko tališče (1133 °C). Zato 

uporabljamo različne uranove spojine (kot npr. uranov dioksid UO 2 ), ki so stabilne do 

okoli 2800 °C. 

Za jedrsko gorivo uporabljamo keramični material, ki ga dobimo s stiskanjem uranovega 

prahu (npr. UO 2 ). Iz keramike izdelujemo tablete s premerom okoli 0,8 cm in dolžine do 

1,5 cm, ki jih vstavljamo v 3,5 do 5 m dolge kovinske palice (“srajčke” iz cirkaloja ali 

nerjavečega jekla). Do 250 gorivnih palic sestavlja gorivni sveženj (element). Nekateri 

gorivni svežnji imajo tudi snop regulacijskih palic . 

tableta goriva 


gorivna palica 

gorivni sveženj

eaktor 

turbina 

turbina 

G 

generator 

pregrevalnik 

predgrevalnik 

kondenzator 

Toplotna shema tlačnovodnega ali vrelnega reaktorja 


Tlačni reaktor (PWR: Pressurized Water Reactor) 

Pri tem reaktorju je hladilna voda (primarni hladilni krog) v reaktorski posodi (prostor, kjer 

so gorivo, regulacijske palice in hladilo) pod tlakom, ki je večji od nasičenega parnega tlaka 

pri največji obratovalni temperaturi, zato se reaktorsko hladilo ne more uparjati. Pri 

temperaturi vode 320 °C v primarnem krogu je potrebni tlak 157 barov (15,4 MPa), da 

voda ne izpari. Para nastopi šele v uparjalniku (sekundarni hladilni krog). Zaradi segrevanja 

se sekundarno hladilo uparja. Ta para poganja turbino, po končanem delu pa se kondenzira 

v kondenzatorju turbine in se nato vrača v uparjalnik. Pri tlačnem reaktorju sta primarni in 

sekundarni hladilni krog ločena, kar je gotovo prednost, če pride do radioaktivnega 

onesnaženja hladilne vode. Tlačni reaktor je danes najbolj razširjen tip jedrskih reaktorjev za 

pridobivanje električne energije. 

generator 

uparjalnik 

reaktorska 

posoda 

turbini 

sredica 

kondenzator 


zadrževalni hram 

črpalka

Vrelni reaktor (BWR: Boiling Water Reactor) 

Pri vrelnih reaktorjih hladilna voda zavre že ob prehodu skozi sredico, nastala nasičena 

para pa poganja turbino, kjer se po opravljenem delu kondenzira in vrne nazaj v reaktorsko 

posodo. Takšen reaktor je bolj enostaven v primerjavi s tlačnim, razen tega je v reaktorski 

posodi za polovico manjši tlak. 

Slaba lastnost v primerjavi s tlačnim reaktorjem je radioaktivna para. Zaradi nižje gostote 

moči je reaktorska posoda mnogo večja, dodatno jo povečujejo še sušilniki pare nad 

sredico. Tlak vode v tipičnem vrelnem reaktorju je 69,0 barov. Pri takšnem tlaku vre voda 

pri 285 °C. 

generator 

reaktorska 

posoda 

turbini 

sredica 

kondenzator 


zadrževalni hram 

črpalka

Hitri in oplodni reaktor 

Hitri reaktorji so naprave, v katerih poteka verižna cepitev jeder izotopa urana 235 ali 

plutonija 239 s hitrimi nevtroni, ki imajo energijo večjo od termične. Prednost teh 

reaktorjev je v tem, da je verjetnost za nezaželeno absorbcijo nevtronov veliko manjša. 

Zato pridejo v poštev za gradnjo reaktorja mnogi konstrukcijski materiali (jeklo in druge 

zlitine železa), ki so manj uporabni v termičnih reaktorjih. Pri hitrih reaktorjih pa je treba 

uporabljati hladilno snov, ki ne upočasnjuje nevtronov in ima velik koeficient prenosa 

toplote, saj se doseže zaradi majhnih izgub nevtronov in odsotnosti moderatorja velika 

gostota moči (majhna sredica). Zato uporabljajo za hladilo tekoče kovine (natrij). 

Velika prednost hitrih reaktorjev je v tem, da jih lahko uporabljajo kot oplodne reaktorje 

(breeder). V tem primeru je gorivo sestavljeno iz oksidov plutonija in urana, ki ga obdaja 

plašč iz naravnega urana. V izotopu urana 238 se absorbira nevtron in pri tem nastane 

radioaktivni izotop 239 U, ki razpade najprej z razpadom β - v izotop neptunija 239 Np, ta pa v 

izotop plutonija 239 Pu. Slednji je poleg izotopa 235 U jedrsko gorivo. Na ta način se v hitrem 

oplodnem reaktorju pridobi več goriva, kot se ga porabi. 

Seveda je obratovanje hitrega reaktorja zahtevnejše kot obratovanje termičnega reaktorja, 

ker se uporablja kot hladilo tekoč natrij, ki močno reagira z vodo in zrakom, zato so 

potrebni posebni varnostni ukrepi. 


Zlitje 

Fuzija oziroma zlitje jeder je izvir energije Sonca in drugih zvezd. V notranjosti zvezd se 

zlivajo prosti protoni v jedra helija. Ker se pozitivno nabiti protoni odbijajo, če se zelo 

približajo, lahko zlivanje poteka le, kadar imajo soudeleženi delci tako visoko kinetično 

energijo, da lahko premagajo odbojne sile. To se dogaja v notranjosti zvezd, kjer doseže 

temperatura, ki je merilo kinetične energije delcev, več kot 10 milijonov kelvinov. Na 

slikah si oglejmo reakcijo zlitja D + T → n + 4 He : 

Pogoji za pretvorbo energije 

V nasprotju z jedrskim fizijskim reaktorjem, potrebuje fuzijski reaktor vhodno energijo, 

potrebno za ustvaritev ustreznih pogojev, ki omogočajo veliko sproščanje energije. Vloga 

te vhodne energije je, da segreje jedrsko gorivo do ekstremnih temperatur (10-100 

milijonov stopinj kelvina). Na tak način dobijo atomska jedra dovolj energije, da 

premagajo medsebojni elektrostatični odboj in se lahko zlijejo med seboj. Pri teh 

temperaturah je gorivo v obliki plazme. Plazma je ioniziran plin, v katerem so atomi ločeni 

od svojih zunanjih elektronov. Ioniziran plin oziroma plazma se razlikuje od navadnih 

plinov po tem, da lahko prevaja električni tok. Tako kot vsak vroč plin ima tudi plazma 

težnjo, da se razširi. Če hočemo iz jedrske fuzije dobiti koristno delo, moramo plazmo za 

dovolj dolg čas omejiti oziroma zapreti. To osnovno zahtevo fuzije je prvi ovrednotil 

angleški znanstvenik J. H. Lawson, ki je pokazal, da je produkt gostote plazme in časa, 

potrebnega, da se sprosti fuzijska energija, odvisen od fuzijskega goriva in prvenstveno od 

temperature plazme. Glede na zahteve, ki jih mora izpolnjevati plazma, da je možna 

proizvodnja energije, se pokaže, da bo gorivo za jedrsko fuzijo temeljilo na mešanici 

devterija in tritija.

T 

D 

Slika prikazuje zmes težkih vodikovih 

izotopov devterija in tritija pri nizki 

temperaturi. Črne krogle so protoni, bele pa 

so nevtroni. Okoli jeder stalno kroži 

negativni elektron. 

Pri visoki temperaturi (100.000 K) imajo 

elektroni dovolj močno energijo, da 

premagajo privlačno silo jedra. Atomi plina 

se ionizirajo; tako nastane plazma, 

sestavljena iz prostih ionov in elektronov. 

He 

n 

Pri temparaturi plazme okoli 50 milijonov K 

imajo jedra devterija in tritija tako visoko 

kinetično energijo, da oblikujejo pri trčenju 

jedro helija (2 protona + 2 nevtrona) in prost 

nevtron. Pri tem se sprosti energija zlitja. 


Omejitev plazme, način dela in gorivo 

Plazmo lahko omejimo z magnetnim poljem, ki ustvari magnetni tlak, ki izniči kinetično 

energijo plazme. Magnetno omejeni reaktorji bodo lahko zadrževali plazmo gostote med 

10 14 -10 15 kg/m 3 za časovno obdobje okoli ene sekunde. Plazmo lahko omejimo tudi na 

osnovi vztrajnosti. Pri tem moramo tablete goriva segreti na temperaturo, potrebno za 

fuzijo, zelo hitro, da zgori dovolj velik del goriva še preden termično razkrajanje tablet 

omeji reakcijo. S takim reaktorjem se da zadržati plazmo gostote 10 25 -10 26 kg/m 3 za okoli 

10 -9 s. Princip magnetnega omejevanja plazme lahko temelji na odprtem ali zaprtem 

geometrijskem tipu (odprta ali zaprta magnetna čaša). Pri odprtem tipu (slika 3.8) 

magnetne silnice zapuščajo omejeno področje in plazma je ujeta med obe tuljavi. Pri 

zaprtem tipu (slika 3.9) oblikujejo silnice toroid in plazma lahko kroži znotraj tuljave. 

Načrti za fuzijski reaktor predvidevajo dve vrsti reaktorjev. Prvi je tako imenovani 

ustaljeni oziroma steady-state reaktor, drugi pa impulzni reaktor. V ustaljenem reaktorju 

dodajamo gorivo nenehno v plazmo in porabljeno gorivo ter produkte reakcije sproti 

odstranjujemo. V impulznem reaktorju, kjer je npr. inercijski način zadrževanja plazme, pa 

bo začetni vložek goriva gorel skladno s časovno omejitvijo (okoli 10 -9 s). Ostanki reakcije 

bodo odstranjeni po zažignem pulzu, nato pa sledi ponovno vstavljanje goriva v reakcijsko 

komoro in zažig. Princip TOKAMAK (Toroidal Chamber Magnetic) je vmesni primer, ki 

deluje po navidezno ustaljenem načinu. TOKAMAK je naprava za prostorsko omejevanje 

plazme v obliki toroida. Plazme ne omejujejo stene iz materiala, temveč je omejena s 

pomočjo magnetnega polja. 


Vzroka za uporabo takšne magnetne ovojnice sta dva: 

• noben znan material ne vzdrži temperature sto milijonov stopinj, ki je potrebna za 

vzdrževanje fuzije; 

• zadrževanje plazme v magnetni zapori zagotavlja dobro izolacijo in s tem lažje 

segrevanje. 

magnetna tuljava 

plazma 

magnetna tuljava 

magnetno polje 

plazma 

Odprti tip 

Zaprti tip 


Fuzijska sedanjost 

Novembra 1991 so v Culhamu v Veliki Britaniji prvič v zgodovini nadzorovane fuzije 

uspeli v reaktorju vzdrževati sončni ogenj dve sekundi. V velikanskem reaktorju, ki ima 

obliko torusa, so segreli devterij na 100 milionov stopinj. V plazmo, ki jo obdaja močno 

magnetno polje, so nato vbrizgali tritij. Dvakrat po dve sekundi je v mešanici plazme 

(86 % devterija + 16 % tritija) prišlo do izbruha fuzijske energije. Sproščena moč pri 200 

milijonih stopinj je znašala 1,7 MW, kar pomeni najdražjo kilowatno uro, ki je bila 

kdajkoli pridelana. Naprava stane namreč 200 milijonov mark letno. 

Danes fuzijski raziskovalci precej bolj zadržano gledajo na to, do kdaj bi lahko zgradili 

prototip reaktorja, kot pred desetimi leti. Če bi naprava ITER (skupni projekt ZDA, Rusije, 

Japonske in EGS) res začela delati 1996. leta, kot predvidevajo, bi lahko začeli z gradnjo 

prototipa šele 2025. leta oziroma še kasneje (okoli 2040-2050). To pa je mnogo prepozno, 

da bi fuzija pomagala reševati energetske težave v naslednjih desetletjih. Vendar tudi ta 

časovna računica velja le pri predpostavki, da je tehnika sledila sanjam raziskovalcev. 

Rešiti morajo namreč nasljednje probleme: 

• ni snovi, ki bi se upirala žarčenju trajno gorečega reaktorja; 

• ni nujno, da bo zmes devtrerija in tritija v razmerju 1 : 1 sploh gorela; 

• sproti je treba odstranjevati pepel, ki ga tvori helij, če ne, se reakcija zaduši. 



Letna proizvodnja električne energije v Nuklearni elektrarni Krško 


Elektrarna 

Tip reaktorja: 

Lahkovodni tlačni reaktor 

Toplotna moč reaktorja: 

1994 MW 

Električna moč na sponkah generatorja: 

727 MW 

Moč na pragu elektrarne: 

696 MW 

Toplotni izkoristek: 35 % 

Gorivo 

Število gorivnih elementov: 121 

Število gorivnih palic v gorivnem elementu: 235 

Razporeditev gorivnih palic: 16 x 16 

Dolžina gorivnih palic: 

3,658 m 

Debelina srajčke: 

0,572 mm 

Gradivo srajčke: 

Zircaloy-4 

Kemična sestava goriva: UO 2 

Premer tablete goriva: 

8,192 mm 

Dolžina tablete goriva: 

13,46 mm 

Skupna količina urana: 

48,7 t 


Reaktorsko hladilo 

Snov: 

H 2 O 

Dodatki: H 3 BO 3 

Število hladilnih zank: 2 

Skupni masni pretok: 

9220 kg/s 

Tlak: 

15,41 MPa (157 ata) 

Celotna prostornina: 197 m 3 

Temperatura na vstopu v reaktor: 287 °C 

Temperatura pri izstopu iz reaktorja: 324 °C 

Število črpalk: 2 

Zmogljivost črpalke: 6,3 m 3 /s 

Moč motorja črpalke: 

5,22 MW 

Regulacijske palice 

Število regulacijskih svežnjev: 33 

Število absorpcijskih palic v svežnju: 20 

Celotna teža regulacijskega svežnja: 

53,07 kg 

Nevtronski absorber: 

Ag-In-Cd 

Odstotna sestava: 80-15-5 % 


Uparjalnik 

Material: 

Število uparjalnikov: 2 

Tlak pare pri izstopu: 

INCONEL 690 TT 

Temperatura pare pri izstopu: 280,1 °C 

Temperatura napajalne pare pri vstopu: 219,4 °C 

Masni pretok pare iz obeh uparjalnikov: 

Višina uparjalnika: 

Teža uparjalnika: 

6,5 MPa (63,5 ata) 

1090 kg/s 

20,6 m 

345 t 

Število U-cevi v uparjalniku: 5428 

Celotna površina prenosa toplote: 7177 m 2 

Zunanji premer U-cevi: 

Debelina U-cevi: 

19,05 mm 

1,09 mm 

Turboagregat 

Maksimalna moč: 

727 MW 

Pretok pare: 

1090 kg/s 

Vstopni tlak sveže pare: 

6,2 MPa (63 ata) 

Temperatura sveže pare: 275,5 °C 

Vrtilna hitrost turbine: 

157 rad/s (1500 vrt./min) 

Vlažnost pare ob vstopu: 0,46 % 

Kondenzacijski tlak (vakuum): 

5,1 kPa (0,052 ata) 

Povprečna temperatura kondenzata: 33 °C 

Število glavnih napajalnih črpalk: 3 

Zmogljivost napajalne črpalke: 50 % 

Nazivna moč generatorja: 

813 MVA 

Nazivna napetost: 

21 kV 

Nazivna frekvenca generatorja: 

50 Hz 

Nazivni cos ø: 0,85

Transformatorji 

Blokovna transformatorja 

Nazivna moč: 

Prestavno razmerje: 

Transformatorja lastne rabe 

Maksimalno dovoljena trajna moč: 

Pomožni transformator 

Maksimalno dovoljena trajna moč: 

Prestavno razmerje: 

1 x 500 MVA 

1 x 400 MVA 

21/400 kV 

2 X 30 MVA 

60 MVA 

105/6,3/6,3 kV

JEDRSKE ELEKTRARNE - POWERLAB

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?