Виды ядерных реакторов

Ядерные реакторы АЭС классифицируются по различным признакам.

1.  По уровню энергии нейтронов реакторы разделяются на два основных класса: тепловые (на тепловых нейтронах) и быстрые (на быстрых нейтронах).

  2. По виду замедлителя нейтронов реакторы бывают водными, тяжеловодными (тяжелая вода -  вода, в молекулах которой атомы водорода заменены атомами дейтерия), графитовыми.

3.  По виду теплоносителя — водными, тяжеловодными, газовыми, жидко металлическими.

4.  По конструктивному исполнению реакторы подразделяются на корпусные и канальные. В корпусных реакторах давление теплоносителя несет корпус (рис.5.2). Внутри корпуса реактора течет общий поток теплоносителя. В канальных реакторах теплоноситель подводится к каждому каналу с топливной сборкой раздельно. Корпус реактора не нагружен давлением теплоносителя, это давление несет каждый отдельный канал.

5. Реакторы, в активной зоне которых температура жидкого теплоносителя ниже температуры кипения, называются реакторами с водой под давлением, а реакторы, внутри которых происходит кипение теплоносителя, - кипящими.

Тепловые схемы АЭС.

 По. Этот показатель определяет Тепловая схема АЭС определяется числом контуров. Число контуров выбирают с учетом требований обеспечения безопасной работы блока при всех возможных аварийных ситуациях.

В системе любой АЭС различают теплоноситель и рабочее тело. Рабочим телом, т.е. средой, совершающей работу, преобразуя тепловую энергию в механическую, является водяной пар. Назначение теплоносителя на АЭС — отводить теплоту, выделяющуюся в реакторе. Если контуры теплоносителя и рабочего тела не разделены, АЭС называют одноконтурной (рис. 5.3).

 

Рис.5.3. Тепловая схема АЭС:

а - одноконтурная; б - двухконтурная; в - трехконтурная; 1 - реактор; 2 - турбина; 3- турбогенератор; 4- конденсационная установка; 5- конденсатный насос; 6 - система регенеративного подогрева питательной воды; 7 - питательный насос; 8 - парогенератор; 9 - циркуляционный насос контура реактора; 10 - циркуляционный насос промежуточного контура

Если контуры теплоносителя и рабочего тела разделены, то АЭС называют двухконтурной. Соответственно контур теплоносителя называют первым, а контур рабочего тела — вторым. В таких схемах реактор охлаждается теплоносителем, прокачиваемым через него, и парогенератор - главным циркуляционным насосом. Образованный таким образом контур теплоносителя является радиоактивным, но он включает в себя не все оборудование станции, а лишь его часть. Второй контур включает оборудование, которое работает при отсутствии радиационной активности — это упрощает ремонт оборудования. На двухконтурной станции обязателен парогенератор, который разделяет первый и второй контуры.

Существуют теплоносители, интенсивно взаимодействующие с паром и водой. Это может создать опасность выброса радиоактивных веществ в обслуживаемые помещения. Таким теплоносителем является, например, жидкий натрий. Поэтому создают дополнительный (промежуточный) контур, для того чтобы даже в аварийных режимах избежать контакта радиоактивного натрия с водой или водяным паром. Такие АЭС называют трехконтурными.

При двухконтурной схеме вода под давлением является теплоносителем и замедлителем нейтронов, а рабочим телом – водяной пар. Реакторы, созданные для работы в таких условиях принято называть водно-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР).

Реакторы канального типа, в которых теплоносителем является вода и пароводяная смесь, а замедлителем графит, применяются на крупных блоках с турбинами насыщенного пара. Эти реакторы принято называть реакторами большой мощности канального типа (РБМК).

На атомных станциях России используют ядерные реакторы следующих основных типов: РБМК; ВВЭР,  БН – реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим натриевым теплоносителем. На рис 5.4. приведен внешний вид корпуса ядерного  реактора ВВЭР – 1000.

 

Рис. 5.4. Корпус ядерного реактора ВВЭР – 1000

Устройство АЭС.

Принцип работы атомной электростанции очень прост – это обычное преобразование тепловой энергии в электрическую. Иными словами АЭС работают по тому же принципу, что и обычные тепловые электростанции, с одним лишь отличием – для нагрева воды используется энергия, получаемая при распаде ядер тяжелых металлов.

Схема устройства АЭС с реактором типа РБМК представлена на рис. 5.5.

 

Рис.5.5. Схема устройства АЭС с реактором типа РБМК

 

1. Герметическая оболочка.

2. Система управления и защиты реактора – стержни, содержащие поглощающий нейтроны материал, предназначенные для управления процессом цепной ядерной реакцией и для быстрого прекращения её в аварийной ситуации.

3. Главный циркуляционный насос предназначенный для прокачивания воды через активную зону реактора, где она нагревается до температуры 320 С⁰ за счет тепла, выделяемого при ядерной реакции.

4. Нагретый теплоноситель разделяется на пар и воду.

5. К паровой турбине подается насыщенный пар под давлением 6,4 МПа.

6. Турбина приводит в движение ротор электрогенератора.

7. Вспомогательный контур прокачивает воду из пруда-охладителя для конденсации отработанного пара.

8. В конденсаторе пар охлаждается и превращается в питательную воду.

АЭС могут быть конденсационными, теплофикационными (АТЭЦ), а также атомными станциями теплоснабжения (ACT) и атомными станциями промышленного теплоснабжения (ACПT). Атомные станции сооружаются по блочному принципу как в тепловой, так и в электрической части.

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (836,63 млрд кВт·ч/год), Франция (439,73 млрд кВт·ч/год), Япония (263,83 млрд кВт·ч/год), Россия (160,04 млрд кВт·ч/год), Корея (142,94 млрд кВт·ч/год) и Германия (140,53 млрд кВт·ч/год).