Ядерный реактор

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).  
   
   
   
 

Строение активной зоны реактора ВВЭР. 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.  
   
 

Основные технические  характеристики РБМК следующие. Активная зона

реактора —  вертикальный цилиндр диаметром 11.8 метров и высотой 7 метров. 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

стенки 0,9 мм, заполненных  таблетками диаметром 11,5мм из двуокиси урана

(UO2), крепежные  детали из сплава циркония  и несущий стержень из оксида

ниобия. Стенки кассеты плотно фиксированы к  графитовой кладке, а внутри

кассет циркулирует  вода. В остальных каналах расположены  стержни системы

управления защитой, которые состоят из поглотителя - бороциркониевого

сплава. Некоторые  каналы полностью изолированы от теплоносителя, и в них

расположены датчики  радиации.

Электрическая мощность РБМК - 1000 Мвт. АЭС с реакторами РБМК

составляют заметную долю в атомной энергетике. Так, ими  оснащены

Ленинградская, Курская, Чернобыльская, Смоленская, Игналинская  АЭС.

ВВЭР и РБМК: сравнительные характеристики.

Проводя сравнение  различных типов ядерных реакторов, стоит

остановится на двух наиболее распространенных в нашей  стране и в мире типах

этих аппаратов: ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический реактор) и РБМК (Реактор

Большой Мощности Канальный). Наиболее принципиальные различия: ВВЭР —

корпусной реактор (давление держится корпусом реактора); РБМК-- канальный

реактор (давление держится независимо в каждом канале); в ВВЭР

теплоноситель и замедлитель — одна и та же вода (дополнительный замедлитель

не вводится), в РБМК замедлитель — графит, а теплоноситель — вода; в ВВЭР

пар образуется во втором корпусе парогенератора, в РБМК пар образуется в

непосредственно в активной зоне реактора (кипящий  реактор) и прямо идет на

турбину — нет  второго контура. Из-за различного строения активных зон

параметры работы у этих реакторов также разные. Для безопасности реактора

имеет значение такой параметр, как коэффициент  реактивности - его можно

образно представить  как величину, показывающую, как  изменения того или

иного другого  параметра реактора повлияет на интенсивность цепной реакции в

нем. Если этот коэффициент  положительный, то при увеличении параметра, по

которому приводится коэффициент, цепная реакция в реакторе при отсутствии

каких-либо других воздействий будет нарастать  и в конце станет возможным

переход ее в  неуправляемую и каскадно нарастающую - произойдет разгон

реактора. При  разгоне реактора происходит интенсивное  тепловыделение,

приводящее к  расплавлению тепловыделителей, стеканию их расплава в нижнюю

часть активной зоны, что может привести к разрушению корпуса реактора и

выбросу радиоактивных  веществ в окружающую среду.

Следовательно, при возникновении нештатных  ситуаций работы реактора,

сопровождающихся  его разгоном, реактор ВВЭР заглохнет, а реактор РБМК

продолжит разгон с нарастающей интенсивностью, что может привести к очень

интенсивному  тепловыделению, результатом которого будет расплавление

активной зоны реактора. Данное последствие очень  опасно, так как при

контакте расплавленных  циркониевых оболочек с водой  происходит разложение

ее на водород  и кислород, образующих крайне взрывчатый гремучий газ, при

взрыве которого неизбежно разрушение активной зоны и выброс радиоактивных

топлива и графита  в окружающую среду. Именно по такому пути развивались

события при  аварии на Чернобыльской АЭС. Поэтому в реакторе РБМК как нигде

важна роль защитных систем, которые будут или предотвращать  разгон

реактора, или  экстренно его охлаждать в  случае разгона, гася подъем

температуры и  вскипание теплоносителя. Современные  реакторы типа РБМК

оборудованы достаточно эффективными подобными системами, практически

сводящими на нет  риск развития аварии (на Чернобыльской  АЭС в ночь аварии

по преступной халатности в нарушение всех инструкций и запретов были

полностью отключены  системы аварийной защиты), но о подобной возможности

следует помнить.

Если подвести итог, то реактор РБМК требует меньшего обогащения

топлива, обладает лучшими возможностями по наработке  делящегося материала

(плутония), имеет  непрерывный эксплуатационный цикл, но более потенциально

опасен в эксплуатации. Степень этой опасности зависит  от качества систем

аварийной защиты и квалификации эксплуатационного  персонала. Кроме того,

вследствие отсутствия второго контура у РБМК больше радиационные выбросы в

атмосферу в течение эксплуатации.

Реактор на тяжелой  воде.

В Канаде и Америке  разработчики ядерных реакторов  при решении

проблемы о  поддержании в реакторе цепной реакции  предпочли использовать в

качестве замедлителя  тяжелую воду. У тяжелой воды очень  низкая степень

поглощения нейтронов  и очень высокие замедляющие  свойства, превышающие

аналогичные свойства графита. Вследствие этого реакторы на тяжелой воде

работают на необогащенном топливе, что позволяет  не строить сложные и

опасные предприятия  по обогащению урана. В принципе хорошо спроектированный

и построенный  реактор на тяжелой воде может  работать долгие годы на

естественном  уране, нуждающемся лишь в выделении  его из руды, и давать

дешевую энергию. Но тяжелая вода очень дорога в  производстве, и поэтому

вследствие неизбежных утечек ее из трубопроводов суммарные  затраты на