Материалы реакторов

По способу генерации пара

По конструкции

По роду замедлителя

По виду теплоносителя

По виду топлива

· изотопы урана 235 и 233 (²³⁵U и ²³³U)

· изотоп плутония 239 (²³⁹Pu)

· изотоп тория 232 (²³²Th) (посредством преобразования в ²³³U)

По степени обогащения:

· Естественный уран

· Слабо обогащённый уран

· Чистый делящийся изотоп

По химическому составу:

· металлический U

· UO₂ (диоксид урана)

· UC (карбид урана) и т. д.

· H₂O (вода, см. Водо-водяной реактор)

· Газ, (см. Графито-газовый реактор)

· D₂O (тяжёлая вода, см. Тяжеловодный ядерный реактор, CANDU)

· Реактор с органическим теплоносителем

· Реактор с жидкометаллическим теплоносителем

· Реактор на расплавах солей

· Реактор с твердым теплоносителем

· С (графит, см. Графито-газовый реактор, Графито-водный реактор)

· H₂O (вода, см. Легководный реактор, Водо-водяной реактор, ВВЭР)

· D₂O (тяжёлая вода, см. Тяжеловодный ядерный реактор, CANDU)

· Be, BeO

· Гидриды металлов

· Без замедлителя (см. Реактор на быстрых нейтронах)

· Корпусные реакторы

· Канальные реакторы

· Реактор с внешним парогенератором (См. Водо-водяной реактор, ВВЭР)

· Кипящий реактор

Классификация МАГАТЭ

· BWR (boiling water reactor) — Кипящий ядерный реактор

· FBR (fast breeder reactor) — Реактор на быстрых нейтронах (БН-600)

· GCR (gas-cooled reactor) — (advanced gas-cooled reactor (AGR))

· LWR (light water reactor) — Легководный реактор

· LWGR (light water graphite reactor) — Графито-водный ядерный реактор (РБМК)

· PHWR (pressurised heavy water reactor) — Тяжеловодный ядерный реактор (CANDU)

· PWR (pressurized water reactors) — Реактор с водой под давлением (реактор со сжатой водой (иногда неправильно, Р. на сжатой воде))

В начале XXI века наиболее распространены гетерогенные ядерные реакторы на тепловых нейтронах с замедлителями — H₂O, С, D₂O и теплоносителями — H₂O, газ, D₂O, например, водо-водяные ВВЭР, канальные РБМК.

Перспективными являются также быстрые реакторы. Топливом в них служит ²³⁸U, что позволяет в десятки раз улучшить использование ядерного топлива по сравнению с тепловыми реакторами, это существенно увеличивает ресурсы ядерной энергетики.

Материалы, из которых строят реакторы, работают при высокой температуре в поле нейтронов, γ-квантов и осколков деления. Поэтому для реакторостроения пригодны не все материалы, применяемые в других отраслях техники. При выборе реакторных материалов учитывают их радиационную стойкость, химическую инертность, сечение поглощения и другие свойства.

Материал	Плотность, г/см³	Макроскопическое сечение поглощения Εм^−1
тепловых нейтронов	нейтронов спектра деления
Алюминий	2,7	1,3	2,5×10^−3
Магний	1,74	0,14	3×10^−3
Цирконий	6,4	0,76	4×10^−2
Нержавеющая сталь	8,0	24,7	1×10^−1

Оболочки ТВЭЛов, каналы, замедлители (отражатели) изготовляют из материалов с небольшими сечениями поглощения. Применение материалов, слабо поглощающих нейтроны, снижает непроизводительный расход нейтронов, уменьшает загрузку ядерного топлива и увеличивает коэффициент воспроизводства КВ. Для поглощающих стержней, наоборот, пригодны материалы с большим сечением поглощения. Это значительно сокращает количество стержней, необходимых для управления реактором.

Быстрые нейтроны, γ-кванты и осколки деления повреждают структуру вещества. Так, в твёрдом веществе быстрые нейтроны выбивают атомы из кристаллической решётки или сдвигают их с места. Вследствие этого ухудшаются пластические свойства и теплопроводность материалов. Сложные молекулы под действием излучения распадаются на более простые молекулы или составные атомы. Например, вода разлагается на кислород и водород. Это явление известно под названием радиолиза воды.

Радиационная нестойкость материалов меньше сказывается при высоких температурах. Подвижность атомов становится настолько большой, что вероятность возвращения выбитых из кристаллической решётки атомов на своё место или рекомбинация водорода и кислорода в молекулу воды заметно увеличивается. Так, радиолиз воды несущественен в энергетических некипящих реакторах (например, ВВЭР), в то время как в мощных исследовательских реакторах выделяется значительное количество гремучей смеси. В реакторах есть специальные системы для ее сжигания.

Реакторные материалы контактируют между собой (оболочка ТВЭЛа с теплоносителем и ядерным топливом, тепловыделяющие кассеты — с теплоносителем и замедлителем и т. д.). Естественно, что контактирующие материалы должны быть химически инертными (совместимыми). Примером несовместимости служат уран и горячая вода, вступающие в химическую реакцию.

У большинства материалов прочностные свойства резко ухудшаются с увеличением температуры. В энергетических реакторах конструкционные материалы работают при высоких температурах. Это ограничивает выбор конструкционных материалов, особенно для тех деталей энергетического реактора, которые должны выдерживать высокое давление.

Дата добавления: 2015-05-08