Курс лекций по физике ядерного реактора Аварийные ситуации Радиоактивные отходы Термоядерные реакторы Источники радиоактивного облучения

Атомная энергетика. Курс лекций по физике ядерного реактора

Виды контуров теплоносителя в ядерном реакторе

С тех пор как первый ядерный реактор с воздушным охлаждением был построен под теннисным кортом стадиона Чикагского университета в декабре 1942 г., было спроектировано огромное множество ядерных реакторов и многие из них построены. Во все проекты был включен контур теплоносителя; основные компоненты таких контуров и типичные контуры, используемые в наиболее распространенных энергетических ядерных реакторах, описаны в гл. 2. Конечно, все контуры охлаждения ядерного реактора должны включать активную зону, устройство для прокачки теплоносителя через активную зону и устройство для отбора тепла от теплоносителя в целях поддержания непрерывного охлаждения реактора и одновременно в целях выработки полезной энергии (в энергетических реакторах). В энергетических реакторах для отбора тепла от теплоносителя почти всегда используется теплообменник, который производит пар высокого давления, идущий потом на паровую турбину для получения электроэнергии. Удобно разделить различные типы реакторных контуров теплопереноса на три группы.

1. Контуры петлевого типа. Активная зона размещена в корпусе реактора. Циркуляционный насос теплоносителя первого контура и парогенератор связаны с корпусом реактора соответствующими трубопроводами.

2. Контуры интегрального типа. Активная зона, циркуляционный насос теплоносителя первого контура и парогенератор помещены в единый корпус. В этот корпус подается охлаждающая вода, из него получается пар, идущий на турбину.

3. Контуры бассейнового типа. Активная зона и циркуляционные насосы теплоносителя первого контура погружены в бассейн теплоносителя. Такая компоновка возможна лишь для теплоносителей без давления, таких, как натрий. Парогенератор обычно размещается вне корпуса реактора. Контур бассейнового типа занимает промежуточное положение между петлевыми и интегральными контурами.

Контуры петлевого типа используются в реакторах Magnox, PWR и CANDU. Их схемы представлены на рис. 2.4, 2.9 и 2.13. При нормальном функционировании реактора на нем действуют несколько петель, как показано на рис. 3.5 и 3.6, иллюстрирующих положения отдельных петель в реакторах PWR и CANDU, соответственно. Отметим, что в реакторах PWR все петли сходятся к активной зоне, в то время как в реакторах CANDU петли всегда полностью разъединены. Это имеет сильное влияние на характеристики безопасности таких реакторов (см. гл. 4). Типичный современный крупный реактор PWR имеет 3 или 4 петли, в зависимости от мощности. На каждую петлю приходится 300 МВт электроэнергии в соответствии с тепловой мощностью 900 МВт, генерируемой в активной зоне. Менее мощные реакторы имеют 2 петли при тех же параметрах парогенераторов и других элементов петель. Некоторые из ранних реакторов типа PWR имели 4 петли, независимо от меньшей общей мощности и мощности, приходящейся на одну петлю (например, реакторы Shippingport и Yankee Rowe). Стандартизация оборудования, предпринятая в середине 60-х годов, привела к созданию более крупных реакторов и к много большим мощностям петель.

Рис. 3.5. Пример контура петлевого типа - реактор PWR:

1 - защитная оболочка АЭС; 2 - пар в турбину; 3,4 - парогенератор; 5 - компрессор; 6 и 10 - насос реакторного теплоно- 1 сителя; 7 и 9 - конденсат; 8 - приводы регулирующих стержней; 11 и 13 - аварийная система инжекции воды; 12 - активная зона; 14 - вспомогательные реакторные системы

Рис. 3.6. Пример контура петлевого типа - реактор CANDU:

1 - пар; 2 и 3 - парогенератор; 4 и 7 - конденсат; 5 - компрессор; 6 - насос теплоносителя первого контура; 8 - контур рекомбинации тяжелой воды; 9 - перегрузочная машина; 10 - реактор; 11 - резервуар тяжелой воды; 12 - гелиевый компрессор

Рис. 3.7. Пример контура интегрального типа - реактор для морских судов:

1 - корпус давления; 2 - парогенератор; 3 - циркуляционный насос; 4 - активная зона

Контуры интегрального типа. Типичные примеры интегральных контуров - это контуры улучшенных реакторов с газовым охлаждением и реакторов, используемых для судовых силовых установок. Первоначально реакторы типа Magnox, охлаждаемые углекислым газом, имели петлевые контуры. Однако развитие технологии больших бетонных корпусов давления позволило разместить парогенераторы и циркуляционные насосы внутри корпуса давления, как показано на рис. 2.5. Типичный реактор для морских судов представлен на рис. 3.7. У него циркуляционные насосы, парогенераторы и активная зона заключены в единый стальной корпус давления.

Большим преимуществом контуров интегрального типа является удержание теплоносителя первого контура в пределах корпуса реактора, снимающее необходимость его циркуляции по трубопроводам к внешнему парогенератору. Возможный источник аварии в петлевых контурах - разрыв одного из трубопроводов первичного теплоносителя. В интегральных контурах это исключено.


На главную страницу. Реакторы атомных станций