Ядерный реактор

Как забрать энергию у ядерного топлива и превратить в тепло

Сохранить в закладки
7515
6 ноября 2020
Сохранить в закладки
Первый советский реактор Ф-1
Первый советский реактор Ф-1 // Архив НИЦ «Курчатовский институт»
Реактор РБМК
Реактор РБМК
Реактор ВВЭР-1000. Загрузка топлива
Реактор ВВЭР-1000. Загрузка топлива // Фото: Ростовская АЭС
task-image
Помимо контроля за количеством новообразованных нейтронов при реализации управляемой ядерной реакции возникает еще ряд проблем. А какую из перечисленных опасных ситуаций мы выдумали?
Образование ксенона, который отлично поглощает нейтроны и тем самым замедляет ход реакции
Накопление стабильного изотопа самария, который активно захватывает нейтроны и «глушит» реакцию
При разгоне реактора может возникнуть резкое увеличение реактивности
При остановке реактора остаточная реакция может привести к расплаву оболочек твэлов
mistake
Увы, вы ошиблись...
Журнал: Ядерный реактор

Визитная карточка советской ядерной энергетики — РБМК (реактор большой мощности канальный). Это канальный реактор с графитовым замедлителем и легкой водой в качестве теплоносителя, который работает на топливе из двуокиси урана. Мощность реактора РБМК-1000 составляет 1 ГВт, РБМК-1500 — 1,5 ГВт. Существовали проекты реакторов этого типа большей мощности, однако они не были реализованы.

 

РБМК был создан по подобию промышленных реакторов, нарабатывавших плутоний. Активная зона РБМК набрана из графитовых блоков размером 25 на 25 сантиметров. В каждом из блоков проделан канал, в котором размещается тепловыделяющий блок с твэлами. Каждый тепловыделяющий блок индивидуально охлаждается водой, которая нагревается до кипения и частично испаряется. Циркуляция теплоносителя осуществляется в контуре многократной принудительной циркуляции (КМПЦ). Пароводяная смесь отводится через верхние части каналов и пароводяную коммуникацию, подается в сепараторы, которые разделяют сухой пар 15 и воду. Вода возвращается обратно в активную зону реактора, а пар подается на турбину электрогенератора, где превращается в конденсат, и возвращается обратно в КМПЦ. Так как в РБМК вода закипает, в нем не требуется поддерживать высокое давление: в его каналах давление всего 70 атмосфер.

 

Недостаток РБМК, заложенный в самой его конструкции, — дисбаланс между количеством графита (замедлителя) и воды (поглотителя нейтронов). Изначально графитовые блоки планировали сделать размером 20 на 20 сантиметров, но не хватало места, чтобы подвести в такой жесткой конструкции разводку для каждого блока. Тогда было решено сделать их чуть больше. В результате графита оказалось больше, а воды — меньше, что повысило вероятность возникновения аварийных ситуаций с вводом положительной реактивности при опустошении первого контура и ухода воды из каналов.

 

В процессе эксплуатации графитовая кладка постепенно деформируется и распухает под действием радиации. Один из возможных способов сделать РБМК более безопасными — модернизировать кладку, сделав ее не из цельных блоков, а, например, из маленьких шариков и убрав из нее избыток графита.16

 

Сегодня РБМК постепенно выводят из эксплуатации. До 2030 года в России планируется остановить 18 энергоблоков, в основном с реакторами РБМК.17

 

В современной ядерной энергетике важную роль играют корпусные водо-водяные реакторы. В России это ВВЭР (водо-водяные энергетические реакторы), в других странах похожие реакторы называют PWR. На них приходится 60% мощностей всех реакторов мира. ВВЭР были созданы во многом благодаря реакторным установкам для атомных подводных лодок, на которых в качестве теплоносителя и замедлителя тоже используется вода.

 

Реактор ВВЭР-1000, самый распространенный в своей серии, представляет собой вертикальный цилиндрический герметичный сосуд из стали с крышкой, внутри которого располагается активная зона и внутрикорпусные устройства. Корпус реактора выдерживает очень жесткие условия: высокое давление, температуру и скорость движения теплоносителя, а также мощные потоки радиации. В активной зоне реактора размещается 163 шестигранные18 тепловыделяющие сборки, каждая из которых состоит из 312 твэлов19. На крышке реактора размещены приводы системы управления и защиты — в частности, поглощающих стержней, которые объединены в пучки и вводятся в активную зону реактора.

 

Реакторы ВВЭР работают по двухконтурной схеме. Через реактор циркулирует обычная вода, очищенная от примесей. Проходя через активную зону и омывая твэлы, она нагревается до 320 °C, и, чтобы она оставалась в жидком состоянии, ее приходится держать под давлением 160 атмосфер. Нагретая вода попадает в парогенератор, где отдает тепло воде второго контура, и затем снова закачивается в реактор. Вода второго контура превращается в парогенераторе в пар, который вращает турбину электрогенератора.

 

Кроме поглощающих стержней для контроля реактивности в реакторах ВВЭР используется борное регулирование. Борная кислота, которая выступает в качестве жидкого поглотителя нейтронов, подается в циркулирующую через активную зону воду первого контура. Ее концентрация изменяется в ходе работы реактора в зависимости от требований к реактивности. В начале работы у реактора большой запас реактивности, и, чтобы его компенсировать, требуется большая концентрация борной кислоты, а по мере выгорания топлива размножающие способности реактора ухудшаются, и борную кислоту постепенно выводят из раствора.

Журнал: Ядерный реактор

Топливом для реактора БН-600 служит диоксид урана, обогащенный по урану-235 до 17–26%. Это гораздо более высокое обогащение, чем в топливе для тепловых реакторов (менее 5%). В активной зоне реактора БН-600 размещены 369 ТВС с твэлами с высокообогащенным оксидом урана; в зоне воспроизводства — 378 сборок из обедненного (отвального) урана с содержанием урана-235 ниже природного уровня. 30

 

Гибридная активная зона реактора БН-800 будет включать в себя ТВС с таблеточным высокообогащенным урановым топливом, ТВС с таблеточным MOX-топливом и ТВС с виброуплотненным MOX-топливом (то есть в виде порошка диоксида плутония и урана, набитого в твэлы и уплотненного с помощью вибрации). 31 Высокообогащенное урановое топливо предполагается использовать только на первом этапе работы реактора, затем его полностью заменят на MOX-топливо.

task-image
Если реактор станет неуправляемым, автоматическая аварийная система зальет его водным раствором кислоты. Какой?
Серной
Соляной
Борной
Метатитановой
mistake
Увы, вы ошиблись...
Узнать больше
Реактор БН-800
Реактор БН-800 // Белоярская АЭС