состоящих из высокопоглощающего нейтроны материала, обычно из соединений
бора. Стержни располагаются в специальных каналах и могут быть подняты или
опущены в реактор. В поднятом состоянии они способствуют разгону реактора,
в опущенном - заглушают его. Приводы стержней регулируются независимо друг
от друга, поэтому с их помощью можно конфигурировать активность реакции в
различных частях активной зоны.
Реакторы, работающие на быстрых нейтронах, устроены несколько иначе.
О них будет сказано ниже.
Несколько терминов:
Топливная кассета - конструкция из таблеток урана и собирающего их
вместе корпуса толщиной 10-20 см и длиной в несколько метров, являющаяся
выделителем энергии за счет распада урана. Материалом корпуса обычно
является цирконий.
ТВС - тепловыделяющая сборка - топливная кассета и ее крепление. ТВС
находится в активной зоне реактора.
СУЗ - система управления защитой. В основном состоит из
нейтронопоглощающих стержней.
5. Устройство различных типов ядерных реакторов.
В настоящее время в мире существует пять типов ядерных реакторов. Это
реактор ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический реактор), РБМК (Реактор Большой
Мощности Канальный), реактор на тяжелой воде, реактор с шаровой засыпкой и
газовым контуром, реактор на быстрых нейтронах. У каждого типа реактора
есть особенности конструкции, отличающие его от других, хотя, безусловно,
отдельные элементы конструкции могут заимствоваться из других типов. ВВЭР
строились в основном на территории бывшего СССР и в Восточной Европе,
реакторов типа РБМК много в России, странах Западной Европы и Юго-Восточной
Азии, реакторы на тяжелой воде в основном строились в Америке. Параметры
этих реакторов лучше всего представить в виде таблицы.
|Параметры сравнения|ВВЭР |РБМК |Реактор на тяжелой |
| | | |воде |
|Тепловыделитель |4.5%-й |2.8%-й обогащенный |2-3%-й обогащенный |
| |обогащенный уран |уран |уран |
|Замедлитель и его |Легкая вода. |Графит. Хорошо |Тяжелая вода. Очень |
|свойства |Очень хорошо |замедляет нейтроны, |хорошо замедляет |
| |замедляет |почти не поглощает |нейтроны, почти не |
| |нейтроны, очень |нейтроны. Достаточно|поглощает нейтроны. |
| |сильно поглощает |дешев. |Очень дорога в |
| |нейтроны. Очень | |производстве. |
| |дешева. | | |
|Особенности |Тесное |Достаточно редкое |Достаточно редкое |
|активной зоны, |расположение |расположение |расположение |
|определяемые |тепловыделяющих |тепловыделяющих |тепловыделяющих |
|параметрами |элементов, |элементов, |элементов, |
|замедлителя |необходимость |возможность |возможность |
| |повышенного |использования |использования |
| |обогащения урана |низкообогащенного |низкообогащенного |
| | |урана или |урана или |
| | |отработанного |отработанного |
| | |топлива ВВЭР |топлива ВВЭР |
|Количество контуров|Два |Один |Два |
|Теплоноситель |Легкая вода в |Легкая вода. |Тяжелая вода в |
| |обоих контурах. |Замедляющий эффект |первом контуре, |
| |Одновременно |незначителен. |легкая вода во |
| |является | |втором. Тяжелая вода|
| |замедлителем. | |одновременно |
| | | |является |
| | | |замедлителем. |
|Регулирование |Раствор борной |Регулирующие стержни|Регулирующие стержни|
| |кислоты в |из бороциркониевого |из бороциркониевого |
| |теплоносителе. |сплава и оксида |сплава и оксида |
| |Регулирующие |европия. |европия. |
| |стержни из | | |
| |бороциркониевого | | |
| |сплава и оксида | | |
| |европия. | | |
|Перегрузки топлива |1 раз в 4-6 |В процессе работы, с|Раз в несколько |
| |месяцев, с полной|помощью специальной |месяцев, с полной |
| |остановкой |перегрузочной |остановкой реактора.|
| |реактора и |машины, позволяющей | |
| |вскрытием его |перезагружать | |
| |корпуса. Каждый |отдельные | |
| |тепловыделяющий |тепловыделяющие | |
| |элемент |элементы. Каждый | |
| |переставляется |тепловыделяющий | |
| |внутри реактора |элемент | |
| |трижды до его |переставляется | |
| |окончательного |внутри реактора | |
| |извлечения. |несколько раз до его| |
| | |окончательного | |
| | |извлечения. | |
|Наружный отражатель|Наружный |Графитовая кладка |Наружный |
| |металлический |толщиной 65 см. |металлический |
| |корпус. |Наружный корпус не |корпус. |
| | |обязателен, но | |
| | |желателен по | |
| | |соображениям | |
| | |безопасности | |
ВВЭР
Реакторы ВВЭР являются самым распространенным типом реакторов в
России. Весьма привлекательны дешевизна используемого в них теплоносителя-
замедлителя и относительная безопасность в эксплуатации, несмотря на
необходимость использования в этих реакторах обогащенного урана. Из самого
названия реактора ВВЭР следует, что у него и замедлителем, и теплоносителем
является обычная легкая вода. В качестве топлива используется обогащенный
до 4.5% уран. Принципиальная схема реактора ВВЭР представлена на рис.2.
Рис.2
[pic]
Как видно из схемы, он имеет два контура. Первый контур, реакторный,
полностью изолирован от второго, что уменьшает радиоактивные выбросы в
атмосферу. Циркуляционные насосы (насос первого контура на схеме не
показан) прокачивают воду через реактор и теплообменник (питание
циркуляционных насосов происходит от турбины). Вода реакторного контура
находится под повышенным давлением, так что несмотря на ее высокую
температуру (293 градуса - на выходе, 267 - на входе в реактор) ее
закипания не происходит. Вода второго контура находится под обычным
давлением, так что в теплообменнике она превращается в пар. В
теплообменнике-парогенераторе теплоноситель, циркулирующий по первому
контуру, отдает тепло воде второго контура. Пар, генеруемый в
парогенераторе, по главным паропроводам второго контура поступает на
турбины и, отдает часть своей энергии на вращение турбины, после чего
поступает в конденсатор. Конденсатор, охлаждаемый водой циркуляционного
контура (так сказать, третий контур), обеспечивает сбор и конденсацию
отработавшего пара. Конденсат, пройдя систему подогревателей, подается
снова в теплообменник.
Энергетическая мощность большинства реакторов ВВЭР в нашей стране -
1000 мегаватт (Мвт).
Рис.3
Строение активной зоны реактора ВВЭР показано на рис.3. Она имеет
прочный наружный стальной корпус, могущий в случае непредвиденных
обстоятельств локализовать возможную аварию. Корпус полностью заполнен
водой под высоким давлением. В середине активной зоны расположены ТВС с
шагом в 20-25 см. Некоторые ТВС дополнены сверху поглотителем из
бороциркониевого сплава и нитрида бора и способны находится в активной зоне
или бороциркониевой частью, или урановой - таким образом осуществляется
регулирование цепной реакции. Вода подается в реактор снизу под давлением.
Сверху реактор закрыт стальной крышкой, герметизирующей его корпус и
являющейся биозащитой.
РБМК
РБМК построен по несколько другому принципу, чем ВВЭР. Прежде всего в
его активной зоне происходит кипение - из реактора поступает пароводная
смесь, которая, проходя через сепараторы, делится на воду, возвращающуюся
на вход реактора, и пар, который идет непосредственно на турбину.
Электричество, вырабатываемое турбиной, тратится, как и в реакторе ВВЭР,
также на работу циркуляционных насосов. Его принципиальная схема - на
рис.4.
Рис.4
Основные технические характеристики РБМК следующие. Активная зона
реактора — вертикальный цилиндр диаметром 11.8 метров и высотой 7 метров
(см.рис.5). По периферии активной зоны, а также сверху и снизу расположен
боковой отражатель - сплошная графитовая кладка толщиной 0.65 метра.
Собственно активная зона собрана из графитовых шестигранных колонн (всего
их 2488), собранных из блоков сечением 250х250мм. По центру каждого блока
сквозь всю колонну проходят сквозные отверстия диаметром 114мм для
размещения технологических каналов и стержней СУЗ.
Общее число технологических каналов в активной зоне 1693. Внутри
большинства технологических каналов находятся тепловыделяющие кассеты,
имеющие довольно сложную структуру. Кассета состоит из двух последовательно
соединенных тепловыделяющих сборок (ТВС), длина каждой из которых 3,5м. ТВС
содержит 18 стержневых твэлов — трубок наружным диаметром 13,5мм с толщиной
Страницы: 1, 2, 3
