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

Атомная энергетика. Курс лекций по физике ядерного реактора

Тепловые реакторы

Практически почти все энергетические тепловые реакторы охлаждаются углекислым газом (Magnox и AGR), легкой водой (BWR, PWR и РБМК) или тяжелой водой (CANDU). Мы ограничимся описанием реакторов этих наиболее общих типов.

Реакторы на естественном уране с графитовым замедлителем (реакторы Magnox). Схема реактора типа Magnox показана на рис. 2.4. Теплоносителем является углекислый газ с давлением 2 МПа. Он циркулирует через активную зону, которая включает замедлитель, изготовленный из графитовых блоков с отверстиями для прохода теплоносителя и размещения топливных элементов. Топливные элементы представляют собой стержни из естественного урана в оболочке из магниевого сплава, известного как Magnox - отсюда и название реактора. Так как этот сплав слабо поглощает нейтроны, то в качестве топлива стало возможным использовать естественный, а не обогащенный уран. Типичная активная зона реактора имеет диаметр 14 м, высоту 8 м. Теплоноситель на выходе из активной зоны подогрет до 4000С. Отсюда он идет к парогенератору, а затем обратно к газовому циркуляционному насосу реактора. В ранних проектах реакторов Magnox корпус давления, содержащий активную зону, изготовляли из стали. В более поздних проектах корпус давления комбинировали с защитой из предварительно напряженного бетона, внутри которого размещались теплообменники (в ранних проектах они находились вне корпуса давления и защиты, как показано на рис. 2.4). Реакторы Magnox построены в Великобритании, Франции, Италии и Японии. Они успешно эксплуатируются в отдельных случаях уже около 25 лет. Эффективность парового цикла реакторов составляет около 31%; это означает, что 69% тепла, произведенного в реакторе, сбрасывается в атмосферу через градирни (см. § 1.1). Потребители электроэнергии

Рис. 2.4. Схема реактора Magnox (а). Теплоноситель - углекислый газ, замедлитель - графит, топливо - естественный металлический уран:

1 - регулирующие стержни; 2 - бетонная защита; 3 - парогенератор; 4 - топливные элементы; 5 - графитовый замедлитель; 6 - стальной корпус давления. Топливный элемент реактора Magnox (б) [an error occurred while processing this directive]

Топливный элемент реактора Magnox показан на рис. 2.4. Внешняя поверхность магноксовой оболочки имеет сложную машинную обработку в виде ребер - елки. В детальных теплофизических экспериментах была показана оптимальность такой формы. Завихрение газа в канале теплоносителя и оребрение поверхности оболочки улучшают теплоперенос. Преимущества и недостатки различных теплоносителей обсуждаются в гл. 3, где также рассмотрены основные принципы теплопереноса.

Таблица2.3. Объемные и линейные плотности энерговыделения в реакторах различного типа

Тип реактора

Название

Тепловая Мощность Мвт

Диаметр активной зоны, м

Высота активной зоны, м

Объем активной зоны, м3

Средняя плотность энерговыделения топлива, Мвт/м3

Средняя плотность энерговыделения топлива, Мвт/т

Средняя линейная плотность энерговыделения топлива, Вт/м

Magnox

Calder Hall

225

9,45

6,4

449

0,5

_

_

В adwell

538

12,19

7,82

913

0,59

2,20

26,2

W Ifa

1875

17,37

9,14

2166

0,865

3,15

33,0

AGR

Hinkley В

1500

9,1

8,3

540

2,78

11,0

16,9

Hartlepool

1507

9,3

8,2

557

2,0

11,5

16,1

HWR

CANDU

3425

7,74

5,94

280

12,2

26,4

27,9

LWR

PWR

3800

3,6

3,81

40

95

38,8

17,5

BWR

3800

5,01

3,81

75

51

24,6

19,8

РБМК

Чернобыльская АЭС

3140

11,8

7,0

765

4,10

15,4

14,31

SGHWR („Уинфрит")

308,2

3,12

3,66

28

11,0

14,3

15,8

Быстрые реакторы

Pfcenix

563

1,39

0,85

1,38

406

149

27,0

PFR

612

1,47

0,91

1,61

380

153

27,0

Рис. 2.5. Основные компоненты; улучшенного реактора с газовым охлаждением (AGR): теплоноситель - углекислый газ, замедлитель - графит:

1 - топливная сборка; 2 - газонепроницаемый кожух; 3 - кипятильник; 4 - графитовый замедлитель: 5 - газовый циркуляционный насос; 6 - поток СО2; 7 - перегрузочная машина; 8 - генератор; 9 - турбина; 10 - конденсатор; 11 - газовый циркуляционный насос; 12 - реактор № 1; 13 - реактор № 2

Рис. 2.6. Детали топливного элемента реактора AGR:

1 - связующий стержень; 2 - двойная графитовая втулка; 3 - графит улучшенного качества для продления срока работы в реакторе; 4 - улучшенная конструкция втулки для повышения прочности; 5 - связующее устройство; 6 - обтекаемые решетки и соединения для уменьшения падения давления; 7 - топливные стержни; 8 - прочный оболочечный материал для продления срока работы в реакторе; 9 - покрытие стержней для снижения окисления; 10 - топливные таблетки из крупнозернистой UO2 для лучшего удержания продуктов деления; 11 - оболочка из нержавеющей стали; 12 - оребрение; 13 - улучшенная поверхность теплопереноса; 14 - полая топливная таблетка из UO2


На главную страницу. Реакторы атомных станций