Что такое «тяжелая вода», какова ее роль в атомной энергетике?

Тяжелая вода (D20, окись дейтерия) - вода, в молекуле которой два атома обыкновен­ного водорода замещены атомами дейтерия. Ввиду значительной разницы молекулярных весов обычной (Н20) и тяжелой воды (18,02 и 20,03, соответственно) их физические, химические и биохимические свойства за­метно различаются. Так, их плотности со­ставляют (при 25°С) 0,997 и 1,104 г/смЗ, тем­пература плавления - 0 и 3,8°С, кипения -100 и 101,43°С, соответственно.

Исключительная роль тяжелой воды в ядерных технологиях обусловлена тем, что она является наилучшим из всех известных замедли­телей. Ее коэффициент замедления (некоторый обобщенный показатель, учитывающий как ха­рактерные размеры замедляющего объема, так и потерю нейтронов в замедлителе; чем он больше, тем выше качество замедлителя) равен 5700, в то время как для легкой воды - 61, графита - 205.

Уникальные замедляющие свойства тя­желой воды открывают возможность создания ядерных реакторов с топливом на основе при­родного урана (без обогащения по урану-235, как у легководных реакторов). Такие реакто­ры используются в атомной энергетике ряда стран (Канада, Индия, Аргентина, Республика Корея и др.). Вклад реакторов на тяжелой воде в мировую ядерную генерацию составляет (по мощности) около 5%.

Наиболее распространенными типом энергетического тяжеловодного реактора яв­ляется канадский CANDU - двухконтурный канальный реактор с горизонтальным распо­ложением ТВС в баке с тяжелой водой (калан­дре). Она в CANDU - и замедлитель, и тепло­носитель первого контура, поэтому ее общее количество в таком реакторе весьма значи­тельно (сотни тонн).

Важным экономическим преимуществом ЯТЦ, основанного на таких реакторах, является отсутствие необходимости изотопного обога­щения топлива по урану-235, что необходимо для ядерной энергетики с легководными реакторами. Следует также учитывать возможность работы CANDU в режиме перегрузки топлива «на ходу», чем достигается весьма высокий ко­эффициент установленной мощности. Однако экономические показатели такого ЯТЦ серьез­но ухудшает высокая энергоемкость производства тяжелой воды и ее значительная стои­мость (600-700 долл. США/литр) Кроме того, недостатками CANDU являются более низкий,' в сравнении с легководными реакторами, КПД (не выше 30%) и необходимость частой перегрузки топлива.