Типы и классификация ядерных реакторов. Конструкция энергетических ядерных реакторов (ВВЭР, рwr, bwr, CANDU, рбмк, бм, втгр)

руководством Э. Ферми первый исследовательский ядерный реактор в Чикагском университете, в мире построено поч­ти тысяча реакторов различного типа. Из них более 440 реакторов в 30 странах мира производят электроэнергию. Классификация ядер­ных реакторов проводится обычно по четырем признакам:

1) назначению;

2) нейтронно-физическим характеристикам;

3) применяемым материалам;

4) конструктивным особенностям.

По назначению различают реакторы энергетические, многоцелевые или продуктивные (например, производящие электричество, тепло, плутоний, водород или опресняющие морскую воду), судовые, кос­мические, исследовательские и экспериментальные [5.1] - [5.14].

По нейтронно-физическим характеристикам (по спектру ней­тронов) различают реакторы на быстрых, промежуточных и тепло­вых нейтронах. Основу мировой ядерной энергетики в настоящее время составляют реакторы на тепловых нейтронах. Методы ней- тронно-физических расчетов реакторов рассматриваются в [5.1], [5.3], [5.15] - [5.17].

По применяемым материалам реакторы классифицируют по роду топлива, замедлителя и теплоносителя. Топливо делают из природного или обогащенного урана, металлическое (уран или его сплавы с маг­нием, алюминием, молибденом и др.) или керамическое (двуокись урана, нитрид урана и др.), урановое или смешанное с плутонием. Замедлителем в реакторах служат вода Н₂О, графит, тяжелая вода D2O, бериллий, карбиды некоторых металлов. В качестве теплоноси­теля в реакторах используют воду под давлением или кипящую воду, тяжелую воду, жидкие металлы (натрий, калий, свинец, висмут), газы (гелий, углекислый газ). Подробная информация о материалах ядер­ных реакторов содержится в [5.2], [5.18] - [5.20].

По конструктивным особенностям различают реакторы кор­пусные, канальные, гетерогенные и гомогенные [5.1] - [5.14], [5.17]. В гетерогенных реакторах топливо отделено от замедлителя и теплоносителя и заключено в герметичную защитную оболочку. В гомогенных реакторах топливо и замедлитель перемешаны, на­пример, в водном растворе урановой соли или в флайбе - жидкой смеси фторидов урана, бериллия, лития. Их смесь выполняет одно­временно и функции теплоносителя. В энергетике используются только гетерогенные реакторы.

В американской литературе встречается также классификация по использованию топливных материалов (по количеству получаемого нового делящегося материала): реакторы сжигающие, конвертеры и бридеры. Тепловые реакторы с малым коэффициентом воспроизвод­ства называют сжигающими. Если КВ = 0,5 - 1, то реактор называет­ся конвертером. Если КВ превышает 1, т.е. нового топлива произво­дится больше, чем сгорает, то такой реактор называют бридером.

В дальнейшем будут рассматриваться преимущественно энерге­тические реакторы.

5.2.1. Реактор ВВЭР-1000

Общая характеристика реактора. Как следует из самого на­звания корпусных реакторов, их отличительной особенностью яв­ляется использование толстостенного цилиндрического корпуса для размещения активной зоны, которая охлаждается водой высо­кого давления. Замедлителем нейтронов и теплоносителем первого контура служит дистиллированная вода при давлении 15,7 МПа [5.1], [5.4] - [5.6]. Реактор в составе двухконтурного энергоблока АЭС имеет тепловую мощность 3000 МВт и позволяет вырабаты­вать электрическую мощность 1000 МВт (1 ГВт). Исчерпывающая информация о реакторах ВВЭР содержится в 11-томном издании «Создание реакторных установок ВВЭР для АЭС», подготовлен­ном сотрудниками Опытного конструкторского бюро «Гидро­пресс» (г. Подольск).

В состав основного оборудования и систем нормальной экс­плуатации реактора входят:

• главный циркуляционный контур и система компенсации давления;

• система управления и защиты, система контроля, управления и диагностики;

• система радиационной защиты;

• система контроля герметичности оболочек твэлов;

• транспортно-технологическое оборудование перегрузки топ­лива.