«Без ядерной энергетики говорить
о мировом энергетическом балансе
невозможно»
В. В. Путин, Президент РФ
  • Слайд 1
  • Слайд 3
  • Слайд 2
  • Слайд 4
Экология и атомная энергетика

Устройство реактора

Реактор является аппаратом корпусного типа, рассчитанным на высокое давление. В реакторе осуществляется управляемая ядерная цепная реакция деления U-235 под действием низкоэнергетичных (тепловых) нейтронов, сопровождающаяся выделением энергии. Основными частями ядерного реактора являются: активная зона, где находится ядерное топливо; отражатель нейтронов, окружающий активную зону; теплоноситель; система регулирования цепной реакцией, радиационная защита. Управление и защита ядерного реактора осуществляется воздействием на поток нейтронов посредством перемещения по высоте активной зоны управляющих стержней, поглощающих нейтроны, а также изменением концентрации борной кислоты в теплоносителе первого контура.

Перед физическим пуском в активную зону реактора ВВЭР с помощью машины перегрузочной монтируются 163 кассеты с 312-ю тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами) каждая. ТВЭЛ – это герметичная капсула (трубка) из цирконий-ниобиевого сплава диаметром около 9 миллиметров. Внутри этих герметичных капсул находится спрессованное в керамические таблетки топливо - двуокись урана. При работе реактора около трех килограммов от первоначально загруженного топлива ежесуточно превращается в тепло, сам же уран и продукты его деления остаются внутри герметичных объемов ТВЭЛов, надежно изолированные от окружающей среды. Это еще один барьер пассивной безопасности реакторной установки, предусмотренный конструкцией реактора ВВЭР. На крышке реактора смонтирован верхний блок. Над 61 кассетой из 163, на крышке, соосно, установлены патрубки и приводы систем управления и защиты реактора (СУЗ). Часть ТВЭЛов в таких кассетах заменена аналогичными подвижными элементами с карбидом бора, активно поглощающим нейтроны.

Эти подвижные элементы объединены в кластеры. Расположение кластеров внутри активной зоны реактора (обычно 10 групп кластеров) определяется научным руководителем физического пуска блока после выполнения соответствующих измерений нейтронных полей. Как правило, для управления симметричностью нейтронных полей активной зоны реактора достаточно одной группы, а оставшиеся девять групп кластеров находятся над активной зоной в блоке защитных труб внутри реактора и при необходимости могут быть применены для экстренной остановки реактора автоматикой или оператором со щита управления.

Содержание в природе изотопа U-235, используемого в качестве топлива в реакторах ВВЭР, составляет всего 0,72%, остальные 99,274% - изотоп U-238. Поэтому для использования в реакторах природный уран необходимо обогатить по изотопу U-235 в среднем до 3,5%. Кинетическая энергия нейтронов, образующихся при самопроизвольном делении изотопа U-235, составляет около 3 000 000 электрон-вольт, что в десятки миллионов раз больше энергии нейтронов, вызывающих реакцию деления изотопа U-235. Лишнюю энергию у нейтронов забирает вещество–замедлитель, подобранное так, чтобы образовывалось как можно меньше новых химических элементов, опасных как для энергетики процессов, так и для окружающей среды. В реакторе ВВЭР таким замедлителем является чистая вода. Если из реактора ВВЭР убрать воду, то в соответствии с законами физики он перестанет работать, цепная ядерная реакция прекратится из-за отсутствия вещества–замедлителя.

В реакторе ВВЭР для управления рабочими режимами энерговыделения применяется изменение концентрации раствора борной кислоты в воде первого контура. Это позволяет, меняя концентрацию борной кислоты, изменять энерговыделение в активной зоне реактора в широких пределах, вплоть до его полного останова.

Все основные элементы реакторного контура имеют специальные устройства и приспособления для проверок, испытаний и наблюдения за режимами их работы. Кроме того, обеспечивается контроль за состоянием основного металла устройств в течение всего срока эксплуатации установки. Это обеспечивается специальными системами, а также комплектом образцов - имитаторов и образцов – свидетелей, общий вес которых более 2800 килограммов. Они позволяют в течение всего периода эксплуатации реактора отслеживать лабораторными методами состояние основного металла и сварных швов реакторного контура, вовремя реагируя на изменения как механических свойств, так и химического состава и макроструктуры металла под действием ионизирующих излучений. Дистанционно управляемый механический манипулятор позволяет осматривать снаружи 100% поверхности эллиптического днища и цилиндрической части корпуса реактора на предмет выявления микротрещин и других дефектов металла.

Самым существенным отличием реакторной установки с реактором ВВЭР от установки с реактором РБМК (Чернобыльского типа) являются используемый замедлитель - вода и наличие у реакторной установки с реактором ВВЭР системы борного регулирования мощности. Эти два элемента несколько снижают экономические показатели работы реакторной установки ВВЭР, но практика эксплуатации реакторов с водой в качестве замедлителя доказывает их исключительно высокую надежность и безопасность.