§ 8.3 Принцип работы ядерного реактора

Всего работает около 435 ядерных блоков.

Суммарная мощность W=370 ГВт

Фукусима: 10 блоков, W=8,1 ГВт

Ядерный реактор – устройство, в котором осуществляет управляемая ядерная цепная реакция деления, сопровождающаяся выделением тепла, которое используется для производства электроэнергии.

Лекция 12

Принципиальная схема ядерного реактора

1 – ТВЭЛы – тепловыделяющие элементы – металлические трубки диаметром от 0,9 до 13 мм, в них загружаются двуокись урана (UO₂), в виде таблетов диаметром 12 мм и высотой 15 мм.

2 - Теплоноситель циркулирует (вода, газ CO₂).

3 - Вся активная зона заполнена замедлителем нейтронов (вода, тяжелая вода, графит).

4 – поглотитель нейтронов (стержни из окиси кадмия [CdO], карбид бора [B₄C])

5 – отражатель нейтронов

6 – биологическая защита (выполняется из бетона с 10% содержанием воды с наполнителями, хорошо поглощающими нейтроны)

Состояние реактора с точки зрения критичности (способности поддерживать цепную реакцию), называется реактивностью:

–критическое состояние реактора.

Если ρ > 0 – надкритическое состояние реактора, интенсивность цепной реакции возрастает (режим включения реактора)

Если ρ < 0 – подкритическое состояние реактора, интенсивность цепной реакции уменьшается (режим останова реактора)

Реактивность характеризует реакцию активной зоны на изменение ее размножающих свойств.

Реактивность изменяется:

1. За счет выгорания топлива

2. Отравления шлакования реактора

3. Зависимость реактивности от температуры [ρ=f(T)]

Отравление реактора - снижение радиоактивности, вследствие образования в ходе реакции ядер, хорошо поглощающих нейтроны.

Шлакование реактора – снижение активности реактора, вследствие образования ядер, слабо поглощающих нейтроны.

Управление цепной реакцией деления осуществляется с помощью системы управления и защиты (СУЗ). СУЗ содержит рабочие органы (стержни поглощения нейтронов), детекторы и приборы контроля. СУЗ выполняет следующие функции:

1. Компенсация избыточной реактивности.

2. Изменение мощности реактора, включая его пуск и останов.

3. Аварийная защита реактора.

Все поглощающие стержни делятся на 3 группы:

1. АР (автоматического регулирования) – поддерживают мощность реактора на заданном уровне.

2. КС (компенсационные стержни) – служат для компенсации запаса реактивности во время работы реактора.

3. АЗ (аварийной защиты) – находятся вне активной зоны реактора и вводятся в зону реактора с максимальной скоростью, чтобы быстро погасить цепную реакцию деления в случае аварии.

§ 8.4 Типовые ядерные установки

Существуют 5 основных видов реакторов:

1. Водо-водяные реакторы с водой под давлением (PWR, ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор)

2. Водо-водяные кипящие реакторы (BWR - в USA)

3. Реакторы с газовым охлаждением (применяются в UK, FR – работают на природном уране и эффективно вырабатывают плутоний)

4. Реакторы с тяжелой водой (в Канаде) – на природном уране

5. Водо-графитовый канальный реактор (РБМК – реактор большой мощности канальный, RU, UA)

6. Реакторы на быстрых нейтронах, реакторы размножители.

ВВЭР – 1000

Высота активной зоны 3,56 м

Диаметр активной зоны – 3,16 м

Замедлитель - вода

Теплоноситель – вода

Макс масса топлива – 80 т.

Степень обогащения 3-4%.

Длительность компании 3 года.

Активная зона – толстостенный цельнокованый цилиндр, который изготовлен из высококачественной стали. Внутрь этой емкости наливается вода, и стержни. Вода непрерывно поступает внутрь реактора, протекает через него, нагревается.

РБМК – 1000

Высота активной зоны 7 м

Диаметр активной зоны – 11,8 м

Замедлитель – графит (С)

Теплоноситель – вода

Макс масса топлива –190 т.

Степень обогащения 2%.

В реакторе ВВЭР-1000 есть 3 барьера для выхода радиоактивности:

1. Керамическая оболочка

2. Замкнутые оболочки ТВЭЛа.

3. Общий защитный колпак реакторного зала.

Ядерное топливо состоит из урана и плутония.