Активная зона реактора (АЗ) – часть реактора, в которой размещается ядерное топливо, является основным элементом конструкции реактора, обеспечивающим заданную мощность и условия для инициирования и поддержания управляемой цепной реакции деления ядер.
Конструктивные элементы и материалы АЗ:
• оболочки ТВЭЛ,
• дистанционирующие устройства,
• корпуса ТВС,
• теплоноситель – рабочее тело (среда) используемое для переноса тепла от ТВЭЛ. Теплоноситель соприкасается с оболочками ТВЭЛ;
• замедлитель – рабочее тело, предназначенное для замедления нейтронов, образовавшихся при делении ядер;
• отражатель – среда, окружающая со всех сторон АЗ и предназначенная для уменьшения утечки нейтронов и их поглощения элементами конструкции реактора. Замедлитель и отражатель, как правило, состоят из одного вещества – вода, реже газ; в реакторах на быстрых нейтронах в качестве отражателя используется природный U238, образующий зону воспроизводства топлива: нейтроны вместо утечки попадают на уран и нарабатывают Рu239.
Активная зона и отражатель размещены в герметизированном корпусе, который может находиться под давлением (водо-водяные реакторы) или не под давлением (если теплоноситель и замедлитель - разные вещества).
Биологическая защита размещается вне корпуса реактора и частично внутри. Она предназначена для ослабления потока нейтронов и γ-излучения. В корпусе реактора используется сухая защита серпентированным бетоном, который хорошо удерживает влагу, следовательно, уменьшает утечки нейтронов из реактора.
Технологические схемы АЭС
В зависимости от используемых теплоносителей и замедлителей нейтронов технологические схемы АЭС могут выполняться одноконтурными, двухконтурными и трехконтурными. Источником тепловой энергии на всех АЭС является активная зона реактора.
Одноконтурная схема (рис.ХХ.2) применяется на АЭС с кипящими реакторами и графитовыми замедлителями. К таким реакторам относятся реакторы типа РБМК – реактор большой мощности канальный на тепловых нейтронах водо-графитовый. Такие реакторы мощностью 1000 МВт в Советском Союзе были установлены на Ленинградской, Курской, Чернобыльской и некоторых других АЭС. Кипящий реактор по своему назначению является парогенератором. Реакторная установка РБМК - 1000 является одноконтурной по теплоносителю. На выходе из реактора "горячим" теплоносителем является пар, отделенный от пароводяной смеси в барабане-сепараторе реактора. Температура насыщенного пара около 284 ° С, давление Р = 7МПа. В барабане-сепараторе из пароводяной смеси забирается пар и добавляется питательная вода, на выходе из барабана-сепаратора мы получаем воду в качестве "холодного" теплоносителя, причем температура практически остается такой же. После барабана «горячий» пар поступает в турбину и, совершив работу вращения ротора турбины и генератора, направляется в конденсатор, где конденсируется в воду. Параметры пара на выходе из турбины: температура 30° С, давление Р - 0.004 МПа.
| Р -реактор канального типа; С – сепаратор пара; ГЦН – главный циркуляционный насос; Т- паровая турбина блока: ЦВД – цилиндр высокого давления, ЦНД – цилиндры низкого давления (показаны только 2); К- основной конденсатор; КН1, КН2 кондесатные насосы; ПН –питательный насос, ПТПН – приводная паровая турбина питательного насоса; К2- конденсатор приводной турбины; Г –электрический генератор; БТ – блочный трансформатор; 1 – комплекс очистки и начального регенеративного подогрева конденсата; 2 – то же, вторая группа ПНД и деаэратор; 3 –система запуска – расхолаживания, включающая бак- барботер Бб; 4 – запорно-регулирующие клапаны (ЗРК); 5- промежуточные перегреватели пара (ПП); 6 – бак сбора дренажа из ПП; 7 – теплообменник подогрева очищенного пара для уплотнений турбины; 8 - уплотнения вала турбины; 9 - циркуляционный насос; 10 – бассейн-охладитель Рисунок ХХ.3 - Упрощенная схема одноконтурного энергоблока с реактором РБМК. |
| ГЦН |
| ПН |
| Р |
| КН1 |
| КН2 |
| Г |
| К |
| цнд |
| С |
| Т |
| цнд |
| цвд |
| К2 |
| БТ |
| ПТПН |
| Бб |
| В сеть энергосистемы |
Вода, пройдя через несколько вспомогательных устройств (установки очистки, регенеративного подогрева, деаэрации), становится питательной водой и с помощью питательного насоса подается в барабан сепаратор.
В качестве способа теплообмена используется вынужденная конвекция, т.е. используется насос для прокачки теплоносителя через активную зону реактора. Поэтому этот контур называется контуром многократной принудительной циркуляции.
Тепловая мощность реактора Q определяется удельной теплотой парообразования R, паросодержанием p на выходе из реактора и количеством расходуемого теплоносителя g.
Используя значения температуры и теплоемкости рабочего тела, имеем
где С - теплоемкость рабочего тела,
Т1 и Т2 – соответственно температура теплоносителя на входе и выходе из ректора, g– расход теплоносителя.
Тепловая мощность реактора РБМК
Q = 3200 МВт = 3200 х 106 Вт;
Удельная теплота парообразования R = 1556 кДж/кг = 1556 х 103 Дж/кг;
Паросодержание на выходе из реактора р = 0,15 (15%).
Отсюда расход водычерез реактор
= 3200г 10б/ (1556 х 103 х 0.15) = 13710 кг/сек.
Одноконтурная схема технологически проста, но радиоактивность распространяется на все элементы блока, что усложняет биологическую защиту. В этом плане преимущество имеют двухконтурные АЭС.