Тяжеловодными называют реакторы, в которых замедлителем является тяжелая вода (D2O). Они наиболее экономичны в отношении расхода ядерного топлива, что обусловлено свойствами D2O как замедлителя: тяжелая вода обладает наивысшим коэффициентом замедления по сравнению как с обычной водой, так и с графитом. В этих реакторах требуется минимальная загрузка топлива для выработки единицы мощности. Тяжелая вода практически не поглощает тепловые нейтроны, поэтому тяжеловодные реакторы могут работать на природном уране с достаточной свободой выбора состава топлива и конструкции активной зоны. Благодаря хорошему балансу нейтронов KB в этих реакторах высок по сравнению с KB реакторов на тепловых нейтронах других типов.
Основной недостаток тяжеловодных реакторов—высокая стоимость тяжелой воды. Однако это практически полностью компенсируется низкой стоимостью топливной составляющей. Тем не менее, при конструировании и эксплуатации тяжеловодных реакторов необходимо позаботиться о сведении к минимуму потерь D2O. Это тем более важно, что утечка тяжелой воды определяет содержание паров трития в рабочих помещениях, токсичных и вредных для организма человека.
Пробег нейтронов в тяжеловодном замедлителе значительно больше, чем в обычной воде (Н2О), поэтому решетка активной зоны тяжеловодных реакторов делается редкой и габариты этих реакторов заметно превышают размеры водо-водяных реакторов. По габаритам тяжеловодные реакторы близки к графитовым, поэтому в них сравнительно низкое удельное энерговыделение в активной зоне (примерно на порядок ниже, чем в водо-водяных реакторах с водой под давлением).
В качестве теплоносителя в тяжеловодных реакторах наибольшее применение получила тяжелая и обычная вода. При использовании в качестве теплоносителя тяжелой воды реакторы могут быть как корпусными, так и канальными. Однако если учесть, что основная утечка идет в контуре циркуляции теплоносителя, целесообразно отделить замедлитель с его весьма редкой решеткой от теплоносителя, а это в конечном итоге приводит к варианту канального типа. В реакторах с легководным теплоносителем конструкция активной зоны определяется однозначно—с разделением теплоносителя и замедлителя без допущения какого-либо контакта между ними.
Тяжеловодные реакторы с водным теплоносителем (D2O или Н2О) могут быть как кипящие, так и без кипения воды в активной зоне. Для этих реакторов характерно высокое давление теплоносителя, что обусловлено его теплофизическими свойствами.
В качестве теплоносителя в тяжеловодных реакторах можно использовать газ. В некоторых странах сооружены единичные экземпляры прототипов энергетических тяжеловодных реакторов с газовым теплоносителем. Это реакторы корпусного типа.
Тяжеловодными называются любые реакторы, в которых в качестве замедлителя используется тяжелая вода D2O. По теплофизическим свойствам тяжелая вода аналогична легкой воде, но по ядерно-физическим свойствам она является наилучшим замедлителем для ядерных реакторов, поскольку имеет чрезвычайно малое сечение поглощения тепловых нейтронов (0,86-10~4 см -1). Коэффициент замедления нейтронов для тяжелой воды равен 3300, в то время как для легкой воды он равен 61, а для графита 190. Благодаря этому в тяжеловодных реакторах ядерное топливо расходуется значительно экономичнее, чем в реакторах других типов так как непроизводительные потери нейтронов в реакторах с тяжелой водой существенно меньше. Это позволяет использовать природный уран при достаточно высоких удельных нагрузках. В то же время замедляющая способность тяжелой воды значительно меньшая, чем легкой. Это приводит к большему шагу размещения топлива и большим при одинаковой мощности размерам активной зоны. По сравнению же с графитом замедляющая способность тяжелой воды выше и размеры активной зоны меньше.
Конструкции тяжеловодных реакторов могут быть различными (рис. 1.1, 1.2) с применением разных теплоносителей: обычной и тяжелой воды с кипением и без кипения, а также органических жидкостей. По конструктивному исполнению реакторы могут быть и корпусными, и канальными.
Рисунок (1.1)
Основной тип реактора с тяжеловодным замедлителем—канальный. Тяжелая вода, используемая в качестве замедлителя, в канальных реакторах находится при низких температуре и давлении. При низком давлении легче обеспечить высокую герметичность оборудования и трубопроводов с тяжелой водой, которая требуется для снижения потерь тяжелой воды. Это необходимо, так как вследствие высокой стоимости тяжелой воды ее большие потери значительно увеличивали бы непроизводительные затраты и приводили бы к существенному росту себестоимости вырабатываемой энергии. Стремление свести утечки тяжелой воды к минимуму объясняются еще и тем, что в ней при работе реактора образуется радиоактивными тритий, пары которого при попадании в организм человека оказывают на него вредное воздействие.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
