Определение ядерного энергетического реактора

Энергетический ядерный реактор – это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер тяжелых элементов, а выделяющаяся при этом тепловая энергия отводится теплоносителем.

Принципиальная схема ядерного реактора представлена на рисунке 1.1.

Рис. 2.1. Принципиальная схема ядерного реактора:

1 – активная зона; 2 – отражатель; 3 – корпус реактора;

4,5 – вход-выход теплоносителя

Активная зона ядерного энергетического реактора (а.з. ЯЭР) - это часть его объёма, в которой конструктивно организованы условия для осуществления непрерывной самоподдерживающейся цепной реакции деления ядерного топлива и сбалансированного отвода генерируемого в нём тепла с целью его последующего использования.

Из этого определения применительно к активной зоне теплового ЯЭР следует, что принципиальными компонентами такой активной зоны являются ядерное топливо, замедлитель, теплоноситель и другие конструкционные материалы (последние объективно необходимы, так как ядерное топливо и замедлитель в активной зоне и сама активная зона должны быть неподвижно зафиксированы в реакторе, представляя собой по возможности разборный технологический агрегат).

Отражателем реактора называется окружающая его активную зону особая среда, которая в силу своих хороших замедляющих свойств позволяет:

· уменьшить утечку тепловых нейтронов из активной зоны;

· уменьшить критические размеры активной зоны и

· несколько выровнять поле тепловых нейтронов в активной зоне.

Из сказанного вытекает не только функциональное назначение отражателя, но и главное требование к его материалу: он должен быть хорошим замедлителем нейтронов, то есть обладать достаточно большим значением замедляющей способности (xS_s) и как можно более низким значением макросечения поглощения замедляющихся и тепловых нейтронов (S_a).

Роль отражателя в реакторе можно представить на примере цилиндрического реактора с отражателем.

Качественно распределение быстрых и тепловых нейтронов такого реактора показано на рисунке 2.2. Поток быстрых нейтронов монотонно спадает от центра к границе активной зоны. Наличие отражателя практически не влияет на поведение потока быстрых нейтронов в активной зоне, что объясняется:

· отсутствием в отражателе размножения, (т.е. отсутствием в отражателе источников быстрых нейтронов);

· сильной замедляющей способностью вещества отражателя, что обеспечивает эффективный увод быстрых нейтронов в тепловую область.

Рис. 2.2. Радиальное распределение потоков быстрых (Ф_б)

и тепловых (Ф_Т) нейтронов.

Поток тепловых нейтронов вдали от отражателя, как и в случае его отсутствия, пропорционален потоку быстрых нейронов. Однако вблизи границы активной зоны и отражателя наблюдается всплеск потока тепловых нейтронов, в отражателе виден максимум, расположенный приблизительно на расстоянии длины замедления от границы активной зоны. Указанный всплеск объясняется, в основном, тем, что скорость поглощения тепловых нейтронов в среде отражателя много меньше, чем в среде активной зоны.

В реакторе ВВЭР 1000 роль отражателя выполняет выгородка, которая снижает утечку нейтронов из активной зоны реактора и защищает корпус реактора от нейтронного и гамма излучения.

В реакторе РБМК отражателем служат четыре ряда графитовых колонн, расположенных на периферии активной зоны.

Корпус реактора служит для размещения в нем внутрикорпусных устройств (компонент активной зоны, отражателя, и т.д.) и герметизации реакторного пространства совместно с крышкой.

Для отвода тепла от активной зоны реактор оснащен патрубками подвода и отвода теплоносителя. Корпус реактора воспринимает давление теплоносителя.