Глава 5. Вдографитовые реакторы

Исторически первым ядерным реактором, в котором впервые реали­зовалась незатухающая цепочка делений, был графитовый реактор, пуще­нный под руководством Энрико Ферми в 1942 г. под трибунами чикагс­кого стадиона. Таким образом, идея использования графита в качестве замедлителя восходит еще к тем временам. Ее основной смысл в следующем.

At! Нейтроны рождаются в какой-либо топливной блоке, вылетают в графитовый блок, там замедляются до тепловых энергий и, попадая снова в какой-либо топливный блок, вызывают новые деления.

Графит хоров тем, что у него очень большой коэффициент замедле­ния ("190) за счет очень малого сечения поглощения, хотя замедляющая способность не очень хоровая (~0.049) из-за сравнительно большого массового числа у углерода. Такой замедлитель вместе с хорошими (слабопоглощающими нейтроны) конструкционными материалами позволяет создавать реакторы на естественном уране. Первые наработчики (промышленные, продуктивные реакторы), в которых нарабатывался оружейный Pu²³⁹ (сверхчистый) , также были сделаны с графитовым замедлителем.

Если посмотреть на водографитовый реактор (ВГР) сверху, то ти­пичная его конструкция представляет собой периодическую решетку гра­фитовых блоков с отверстиями в центре под каналы с ТВС (рис. 5.1).

ВГР в основном отличаются конструкциями ТВС, которые устроены по разному, в зависимости от параметров воды или пара, которые следует иметь на выходе из них, и способа сбора пара перед турбиной.

Понятно, раз нет корпуса, то каждый канал в ВГР работает индивидуально, то есть

1)каждый должен выдерживать рабочее давление теплоносителя;

2)от каждого надо отводить теплоноситель по индивидуальному трубо­проводу;

3)к каждому нужно подводить теплоноситель по индивидуаль­ному трубопроводу; 4) нужны конструкции, в которых теплоноситель должен собираться после активной зоны (сборные коллекторы); 5) нужны конструкции, от которых теплоноситель после проделанной работы (в турбине, парогенераторе) должен раздаваться по каналам (раздаточные, напорные коллекторы).

Таким образом, от корпусных реакторов ВГР отличаются еще и тем, что имеют очень развитую систему коммуникаций для теплоносителя, так называемый КМПЦ - контур многократной принудительной циркуляции.

Понятно, раз теплоноситель (H₂O) в таком реакторе не является главным замедлителем, то его агрегатное состояние, в принципе, не так влияет на степень замедления нейтронов. Более того, из-за срав­нительно низкого коэффициента замедления вода в этом случае может играть роль даже поглотителя, паразитно захватывающего нейтроны.

Таким образом, с физической точки зрения ВГР отличаются от кор­пусных водо-водяных реакторов тем, что вода в них играет существенно разные роли в балансе нейтронов. В ВВЭР осушение зоны приводит к ужесточению спектра нейтронов, т.е. к уменьшению коэффициента раз­множения и скорости воспроизводства нейтронов. В ВГР, если не соблю­дено определенное соотношение между числами ядер С, H и U⁵, может оказаться так, что осушение активной зоны приведет к уменьшению паразитного поглощения нейтронов, т.е. к увеличению коэффициента размножения и увеличению скорости воспроизводства нейтронов.

Далее рассматриваются основные особенности отечественных ВГР.