Elektrownie jądrowe w nowoczesnej gospodarce

Publikacja zatytułowana Elektrownie jądrowe w nowoczesnej gospodarce. Technologie. Ekonomika. Bezpieczeństwo dotyczy zagadnień z zakresu energetyki jądrowej w tym technologii, ekonomiki i bezpieczeństwa elektrowni jądrowych w nowoczesnej gospodarce. Książka prezentuje następujące zagadnienia: teoria atomu i reakcji jądrowych, podstawy bezpieczeństwa jądrowego oraz ochrony radiologicznej; poszczególne generacje reaktorów energetycznych, ich budowa, zasada działania oraz parametry pracy; gospodarka paliwowa zasobami uranu, jego przerób i wzbogacanie, produkcja paliwa jądrowego i składowanie odpadów promieniotwórczych oraz paliwa wypalonego; budowa i przestrzenne rozmieszczenie budynków oraz układów, elementy układów obiegu pierwotnego i wtórnego, przyszłościowe rozwiązania reaktorów jądrowych; materiały konstrukcyjne wykorzystywanym w energetyce jądrowej: stalom, stopy cyrkonu, stopy niklu, ceramiki, betony, polimery; zagadnienia ekonomiczne w zakresie budowy, eksploatacji i likwidacji elektrowni jądrowych, wpływ wybranych czynników na koszty wytwarzania energii i opłacalność elektrowni jądrowych; zagadnienia bezpieczeństwa w elektrowniach jądrowych w aspekcie ich lokalizacji i eksploatacji oraz likwidacji obiektu. Cytując Słowo Wstępne patrona książki, prof. dra hab. inż. Waldemara Kamrata, Dyrektora Centrum Energetyki Jądrowej Politechniki Gdańskiej: „Szczególnego potraktowania w aspekcie transformacji energetycznej wymaga energetyka jądrowa, której efektywny rozwój zależy głównie od właściwego przygotowania/wykształcenia kadr dla sektora jądrowego. (…) Brak jest na rynku księgarskim pozycji ujmującej – w miarę syntetycznie – problematykę technologii, ekonomiki i bezpieczeństwa elektrowni jądrowych w nowoczesnej gospodarce. Proponowana czytelnikom książka ma formę nie tylko podręcznika, ale także monografii, a więc stanowi solidne kompendium aktualnej wiedzy na temat energetyki jądrowej. Powinna ona zatem przyczynić się do zwiększenia udziału polskich naukowców i inżynierów w procesach badań oraz rozwoju nowych elektrowni jądrowych należących do różnych generacji, a może w przyszłości także systemów termojądrowych.” Publikacja przeznaczona jest dla inżynierów i specjalistów zajmujących się planowaniem, wykonaniem i montażem oraz eksploatacją powstających elektrowni jądrowych w Polsce, a także dla studentów nowo powstałych kierunków studiów poświęconych energetyce jądrowej oraz obecnych studentów elektrotechniki i energetyki, a także słuchaczy studiów podyplomowych, naukowców i wszystkich zainteresowanych tą nowoczesną dziedziną wiedzy.

Spis treści

Słowo wstępne XI Przedmowa XIII Streszczenie w języku polskim XVII Streszczenie w języku angielskim XVIII ROZDZIAŁ 1. Energetyczne wykorzystanie reakcji jądrowych – Andrzej G. Chmielewski 1 1.1. Podstawy teorii reaktorów jądrowych 1 1.1.1. Atom 1 1.1.2. Rozszczepienie jądra atomowego 8 1.1.3. Pierwsze reaktory jądrowe 11 1.1.4. Podstawy działania reaktorów jądrowych 13 1.2. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna 22 1.2.1. Przepisy 22 1.2.2. Ogólna charakterystyka zagrożeń związanych z bezpieczeństwem reaktorów jądrowych 23 1.2.3. Dekalog zasad bezpieczeństwa 26 1.2.4. Cel bezpieczeństwa jądrowego 30 1.2.5. Wymagania dotyczące projektowania i eksploatacji 30 1.2.6. Zasada obrony w głąb 32 Literatura do rozdziału 1 35 ROZDZIAŁ 2. Reaktory jądrowe – Tomasz Minkiewicz 37 2.1. Wykorzystanie reaktorów jądrowych 37 2.2. Reaktory energetyczne 37 2.2.1. Rozwój reaktorów energetycznych 37 2.2.2. Reaktory energetyczne na świecie 41 2.2.3. Budowa i zasada działania nowoczesnych reaktorów energetycznych typu PWR i BWR 43 2.3. Reaktory badawcze 52 2.3.1. Zastosowanie reaktorów badawczych 52 2.3.2. Konstrukcje reaktorów badawczych 54 2.3.3. Reaktory badawcze na świecie 56 Literatura do rozdziału 2 59 ROZDZIAŁ 3. Gospodarka paliwowa – Andrzej G. Chmielewski 63 3.1. Zasoby oraz wydobycie uranu i toru 63 3.2. Produkcja paliwa jądrowego 73 3.2.1. Otrzymywanie ditlenku uranu z surowców i wzbogacanie uranu 73 3.2.2. Produkcja paliwa uranowego 79 3.3. Proces wypalenia paliwa jądrowego 82 3.4. Transport i gospodarka wypalonym paliwem jądrowym 84 3.5. Gospodarka odpadami promieniotwórczymi 86 Literatura do rozdziału 3 92 ROZDZIAŁ 4. Elektrownie jądrowe w systemie energetycznym – Tomasz Minkiewicz, Marcin Jaskólski 95 4.1. Budowa obecnych elektrowni jądrowych 95 4.2. Elektrownie jądrowe w systemie elektroenergetycznym. 113 4.3. Energia jądrowa w systemie ciepłowniczym 120 4.3.1. Systemy ciepłownicze – charakterystyka 120 4.3.2. Wykorzystanie energii jądrowej w systemach ciepłowniczych 123 4.4. Przyszłościowe rozwiązania reaktorów jądrowych dla elektroenergetyki i przemysłu 133 4.4.1. Reaktory jądrowe generacji IV 133 4.4.2. Reaktory jądrowe małej i średniej mocy (SMR) 140 Literatura do rozdziału 4 145 ROZDZIAŁ 5. Materiały konstrukcyjne – Beata Majkowska-Marzec 153 5.1. Wymagania stawiane materiałom do budowy elektrowni jądrowych 153 5.2. Stale węglowe 159 5.3. Stale niskostopowe ferrytyczne, ferrytyczno-martenzytyczne i martenzytyczne 160 5.3.1. Stale ferrytyczne 160 5.3.2. Stale ferrytyczno-martenzytyczne (F/M) 160 5.3.3. Stale martenzytyczne 162 5.4. Stale austenityczne i austenityczno-ferrytyczne duplex 163 5.5. Stale utwardzane wydzieleniowo tlenkami (stale ODS) 165 5.6. Stopy cyrkonu 166 5.7. Stopy niklu i stopy wieloskładnikowe 170 5.8. Inne metale i stopy 171 5.8.1. Molibden 171 5.8.2. Wolfram 171 5.8.3. Aluminium 171 5.8.4. Miedź 171 5.8.5. Stopy wysokoentropowe 172 5.9. Ceramiki i węgiel pierwiastkowy 172 5.9.1. Węglik krzemu 172 5.9.2. Azotki 173 5.9.3. Grafen i nanorurki węglowe 173 5.10. Cementy i betony 173 5.11. Polimery i kompozyty polimerowe 174 5.12. Powłoki 174 5.13. Materiały dodatkowe do prętów paliwowych 175 Literatura do rozdziału 5 176 ROZDZIAŁ 6. Ekonomia i zagadnienia prawne – Marcin Jaskólski 181 6.1. Ekonomika 181 6.1.1. Wprowadzenie 181 6.1.2. Nakłady inwestycyjne na elektrownię jądrową 182 6.1.3. Koszty roczne i jednostkowy koszt energii 185 6.1.4. Czynniki decydujące o opłacalności elektrowni jądrowej 187 6.2. Zagadnienia i regulacje prawne 191 Literatura do rozdziału 6 197 ROZDZIAŁ 7. Bezpieczeństwo energetyki jądrowej – Andrzej S. Zieliński 201 7.1. Bezpieczeństwo przemysłowe 201 7.2. Bezpieczeństwo przy doborze lokalizacji 202 7.3. Bezpieczeństwo przy doborze materiałów 212 7.4. Bezpieczeństwo eksploatacji elektrowni jądrowej 223 7.5. Bezpieczeństwo ludzi i środowiska naturalnego 227 7.6. Systemy bezpieczeństwa elektrowni jądrowych 230 7.6.1. Sposoby osiągania bezpieczeństwa elektrowni jądrowych 230 7.6.2. Definicje poziomów bezpieczeństwa, fizycznych barier i kryteriów bezpieczeństwa 231 7.6.3. Poziomy zabezpieczeń 234 7.6.4. Człowiek w systemie bezpieczeństwa elektrowni jądrowej 235 7.6.5. Modelowanie bezpieczeństwa elektrowni jądrowej 236 7.6.6. Diagnostyka zagrożeń 238 Literatura do rozdziału 7 241 ROZDZIAŁ 8. Podsumowanie – Andrzej S. Zieliński 251