Исследовательские ядерные реакторы Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Промышленные реакторы Легководные реакторы ВВЭР-1500 Гибридный реактор Малые реакторы

Реактор, устойчивый к нарушению теплосъема

Возможность инцидентов аварийного типа связано не только с неконтролируемым развитием цепной ядерной реакции, но и с нарушениями теплосъема, приводящими к быстрому перегреву реактора. Необходимо добиться, чтобы при внезапном (аварийном) прекращении поступления теплоносителя произошел не перегрев, а охлаждение стенки реактора. Один из подходов к созданию безопасного с точки зрения нарушений системы охлаждения реактора основан на использовании кипящей активной зоны. Представим себе пустотелый шар (Рис.4), на дне которого размещено необходимое для возбуждения цепной реакции количество урана и плутония в виде подходящего химического соединения, скажем UF4. По мере энерговыделения температура взятого соединения повышается: сначала до температуры плавления (Тпл=10000С), а затем до температуры кипения (Ткип=15000С). Пары поднимаются и оседают на стенке, температура которой поддерживается наружным теплоносителем в диапазоне между Тпл <T< Ткип. Капли конденсирующейся жидкости скатываются вниз, вновь попадая в активную зону реактора. Основную часть "радоновой" дозы облучения, как это ни парадоксально, человек получает в закрытых, непроветриваемых помещениях. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в таких помещениях в среднем в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Но это - в среднем. А если помещение сильно загерметизировано (например, с целью утепления) и редко проветривается, то концентрация радона может быть в десятки и сотни раз выше, что наблюдается в некоторых северных странах.

Рис. 8. Возможная схема реактора с кипящей активной зоной

Уровень жидкости на дне и темп испарения можно подобрать таким образом, чтобы критическое состояние поддерживалось автоматически, а мощность определялась отводом тепла. Предположим теперь, что теплосъем несколько изменился (например, увеличился). Тогда стенка остынет, и на ней станет больше оседать металла. Следовательно, должен увеличиться темп испарения, концентрация урана в реакторе уменьшится и реактор начнет остывать. В стационарном режиме количество испаряемого металла и возвращаемого в точности равны друг другу, уровень же неиспаренного металла такой, при котором точно выдерживается критсостояние.

Резервуар, стенки которого обладают высокой теплоемкостью, не влияет на работу реактора в нормальных режимах (пары UF4 оседают на охлаждаемых стенках соединительного канала, не доходя до резервуара), а служит для обеспечения безопасности в случае аварийного отключения подачи теплоносителя.

Остановка реактора происходит при подаче холодного (Т<Тпл) теплоносителя, при этом температура стенки опускается ниже Тпл, уран оседает на ней, не попадая более в активную зону. Прекращение поступления урана в реактивную зону автоматически закончит энерговыделение.

При запуске происходит обратный процесс: горячий теплоноситель с Т>Тпл прогревает стенки и “растаявший” уран стекает на дно, создавая там необходимую критическую массу. Таким образом, в случае аварийного отключения подачи теплоносителя процесс деления автоматически прекратится, если реактор снабдить дополнительным резервуаром с высокой теплоемкоемкостью стенок, в котором осядет часть металла, испарившегося при перегреве реактора. При правильном выборе конструкции введение такого устройства не должно сказываться на работе реактора в нормальном режиме.

Схема с кипящей активной зоной выгодна для реактора с накоплением плутония и эффективным выгоранием урана.

Современные ядерные реакторы России


На главную