Канальные водографитовые реакторы

Канальный водографитовый реактор — один из основных типов реакторов, на базе которых развивалась ядерная энергетика России и стран СНГ.

Большое преимущество канальных реакторов — возможность их быстрого внедрения в народное хозяйство. Так, изготовление серии реакторов РБМК-1000 электрической мощностью 1 млн. кВт было осуществлено без строительства специализированной машиностроительной базы на обычных машиностроительных заводах.

Водо-графитовые реакторы не имеют корпуса, работающего под давлением теплоносителя. Наличие корпуса в корпусных реакторах, как известно, является ограничивающим фактором для увеличения мощности, поскольку, с одной стороны, изготовление и транспортировка корпуса реактора требуют сложного машиностроительного производства и соответствующих транспортных средств, а с другой—в случае разрыва корпуса реактора необходима локализация радиоактивности. Причем решение этих проблем тем сложнее, чем больше мощность реактора и размеры его корпуса.

Мощность канальных реакторов принципиально не ограничена размерами корпуса. Нет ограничений мощности и по условиям безопасной работы реакторов, так как активная зона и первый контур теплоносителя разделены на отдельные части. В случае аварии в какой-либо части она не распространяется на всю активную зону и на весь контур теплоносителя.

Для водо-графитовых реакторов характерна поканальная перегрузка топлива, которую можно проводить без остановки реактора. Это обеспечивает высокую техническую готовность реактора и позволяет работать с малым запасом реактивности, благодаря чему требуется относительно небольшой вес органов управления реактором. Канальным реакторам свойственна также гибкость топливного цикла, что весьма существенно при развитии энергетики.

В канальном реакторе относительно просто получить высокие параметры теплоносителя, и, в конечном счете, увеличить коэффициент полезного действия. Применительно к реакторам с водным теплоносителем это означает возможность получения перегретого пара, использование которого дает ряд преимуществ по сравнению с использованием насыщенного пара.

К недостаткам канальных реакторов следует отнести сравнительно большое количество конструкционных материалов в активной зоне, поскольку каждый канал нагружен давлением теплоносителя. Кроме того, требуются большие по сравнению с корпусными реакторами затраты времени и труда на их монтаж и несколько более трудоемким является их обслуживание в процессе эксплуатации.

Принципиально конструкция всех канальных реакторов одинакова. В качестве замедлителя в водо-графитовых реакторах применяется графит, который хотя и обладает меньшей замедляющей способностью, чем тяжело- и легководный замедлитель, но имеет весьма низкое сечение поглощения нейтронов и является хорошим материалом для использования в составе активной зоны. Кроме того, графит имеет высокую теплопроводность и вполне приемлемые механические свойства, которые к тому же улучшаются с ростом температуры. Графит технологичен и легко поддается механической обработке, что позволяет изготавливать из него изделия нужной формы.

Несущими элементами водографитовых реакторов, образующими одновременно замкнутое внутриреакторное пространство, являются металлоконструкции нижней и верхней плит и боковой защиты. Для герметизации внутреннего объема реактора обычно применяют кожух, соединенный с нижней и верхней плитами, а также с боковой защитой через компенсаторы линейных удлинений. Нижнюю плиту устанавливают на опоры, закрепленные на бетонном основании здания реактора. На нижней плите монтируют графитовую кладку.

Топливные каналы могут крепиться в верхней и нижней плитах или только в верхней плите. В первом случае каналы проходят через нижнюю плиту в подреакторное пространство, во втором — их нижний конец находится внутри реакторного объема выше нижней плиты. В зависимости от конструкции каналов теплоноситель подводится к их нижней или верхней части, а отводится всегда от верхней части. Объем, заключенный внутри кожуха реактора, обычно заполняют газом, защищающим графит от окисления при высокой температуре. В качестве такого газа применяется азот или смесь азота с гелием; добавка гелия обеспечивает лучший теплоотвод от графита к циркулирующему в каналах теплоносителю. Газ, прокачиваемый через реактор, анализируется, что позволяет осуществлять постоянный контроль за составом газа в реакторе и тем самым за герметичностью каналов реактора.

Реактор устанавливают в бетонной шахте и сверху закрывают стационарной и съемной защитой.

В зависимости от конструкции каналов реакторы можно разделить на два вида — с перегружаемыми и с неперегружаемыми при замене топлива каналами. В перегружаемых каналах применяют трубчатые твэлы, состоящие из двух коаксиальных труб, между которыми размещено топливо, а по внутренней трубе течет теплоноситель. Такие твэлы вместе с элементами канала образуют единую конструкцию, представляющую собой одновременно тракт теплоносителя. Каналы с трубчатыми твэлами крепятся к вваренным в верхнюю плиту трубам-стоякам. Теплоноситель подводится к головке канала, опускается в нижний хвостовик, затем поднимается вверх и отводится от головки канала. При замене выгоревшего топлива свежим в таких реакторах топливные каналы заменяют новыми, для чего необходимо отсоединить от каналов трубопроводы, подводящие и отводящие теплоноситель, следовательно, надо разомкнуть контур теплоносителя, что требует остановки реактора.

В реакторах с неперегружаемыми каналами можно использовать различные типы твэлов, но обычно применяют стержневые с двуокисью урана, объединяемые в тепловыделяющие сборки (ТВС). ТВС и каналы в таких реакторах представляют собой отдельные конструкции. ТВС устанавливают в каналы, закрепленные в верхней и нижней плитах, без нарушения непрерывности тракта теплоносителя, образуемого в пределах реактора каналом и подводящими и отводящими трубопроводами. Перегрузку топлива на таких реакторах можно осуществлять без их остановки с помощью разгрузочно-загрузочных машин (РЗМ).

Конструкции канальных реакторов могут существенно различаться и по таким признакам, как конструкция ТВС, корпуса, параметры теплоносителя и т.п.

Дата добавления: 2015-06-04