Атомные электрические станции (АЭС)

АЭС строят с реакторами, работающими на тепловых и быстрых нейтронах двух видов: водо-водяной и уран-графитовый. Большее распространение получил водо-водяной реактор, мощностью до 2000 МВт. В водо-водяных реакторах применяется двухконтурная схема.

В уран-графитовых реакторах с одноконтурной схемой замедлителем нейтронов служит графит, а теплоносителем — вода. Проходя через технические каналы, вода нагревается до парообразования и частично испаряется. Влажный пар поступает в сепаратор, где разделяется на сухой пар и воду. Сухой пар направляется в турбину.

АЭС с реакторами на быстрых нейтронах имеют трехконтурную схему. Первый реактор на быстрых нейтронах (350 МВт) введен в действие в 1973 г. в I. Шевченко.

Первая промышленная электростанция на атомной энергии была построена в г. Обнинске под руководством Курчатова в 1954 г.

Ядерный реактор (ЯР) — установка, в которой происходит управляемая ядерпая реакция деления. ЯР состоит из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, системы управления, регулирования и контроля, корпуса и биологической защиты.

В рабочие каналы активной зоны помещают ядерное топливо в виде урановых или плутониевых стержней, покрытых герметичной металлической оболочкой, при этом в стержнях идет атомная реакция с выделением большого количества тепла (тепловыделяющие стержни — ТВЭЛы). Количество ТВЭЛов составляет несколько тысяч. В активную зону помещают замедлитель нейтронов, и через него проходит теплоноситель — вещество для отвода тепла. Теплоносителем может быть: обычная вода, тяжелая вода, водяной пар, жидкие металлы, инертные газы (гелий, углекислый газ). Теплоноситель омывает ТВЭЛы при принудительной циркуляции и уносит тепло для дальнейшею использования. Отражатель окружает активную зону, он предназначен для возврата вылетевших нейтронов.

Управление реакторами производится с помощью специальных стержней, поглощающих нейтроны, стержни вводят в активную зону и изменяют поток нейтронов и интенсивность ядерной реакции. Для повышения интенсивности отвода тепла увеличивают скорость движения теплоносителя — для воды.

3…7 м/с, газов 30…80 м/с.

Схема реактора показана на рис. 2.9.

Тепловые схемы АЭС приведены на рис. 2.10. Тепловая энергия, отводимая из реактора теплоносителем, используется для производства электроэнергии. В связи с видом теплоносителя и рабочею тела АЭС бывают следующих видов: одно-, двух-, трехконтурные. В одноконтурной схеме теплоноситель служит’для охлаждения реактора и является рабочим телом для тепловою двигателя. В случае двухконтурной схемы движение теплоносителя и рабочею тела происходит в двух разных контурах. Общим элементом для обоих контуров является теплообменник. В трехконтурной схеме вводится промежуточный теплоноситель между контурами реактора и теплосиловою цикла.

Рис. 2.9. Схема ядерного реактора на тепловых нейтронах:

• 1 — технологические каналы для размещения ТВС; 2 — замедлитель; 3 — отражатель нейтронов; 4 — корпус реактора; 5 — боковой тепловой экран; 6, 7, и 8 — управляющие стержни СУЗ;
• 9 — каналы СУЗ; 10 — привод СУЗ; 11 — ионизационная камера;
• 12 - торцевой (нижний) тепловой экран; 13 — первичная биологическая защита

Первый контур радиоактивен и потому находится внутри биологической защиты. Второй контур — рабочее тело, оно не соприкасается с радиоактивным теплоносителем первого контура и с ним можно обращаться так же, как на ТЭС.

Рис. 2.10. Тепловые схемы атомных электростанций:

а — одноконтурная; 6 — двухконтурная; в — трехконтурная; I — реактор с первичной биологической защитой; 2 — вторичная биологическая защита; 3 — турбина; 4 — генератор; 5 — конденсатор, или газоохладитель; 6 — насос, или компрессор; 7 — регенеративный теплообменник; 8 — циркуляционный наеос; 9 — парогенератор; 10- промежуточный теплообменник.

Биологическая защита: ее функция — изолировать реактор от окружающего пространства, чтобы в него не попадали потоки нейтронов, а, Р, у-лучи и осколки деления ядер. Это — толстый (несколько метров) слой бетона с внутренними каналами, по которым циркулирует вода или воздух для отвода тепла (3…5% ог выделенной в реакторе энергии). Весь первый контур помещается внутри защитной оболочки. В первой АЭС были использованы: замедлительграфит, поглотители — кадмиевые стержни, автоматически регулирующие процесс распада путем меньшего или большего погружения; в первом контуре был использован противоток рабочею тела и нагрев рабочего тела второго контура до 200 °C, охлаждение первого контура до 130 °C.