9. Свойства натриевого теплоносителя и особенности схем аэс с натриевым теплоносителем.
Жидкий натрий (Na) используется в современных реакторах на быстрых нейтронах (БН)
Преимущества:
Малое поглощение и малое замедление быстрых нейтронов, т.е. малые величины сечений σа и σs.
Очень высокая интенсивность теплообмена в связи с большой теплонапряжённостью активной зоны.
Высокая температура кипения при атмосферном давлении (878 ºС), что позволяет упростить конструкцию реактора и получить высокий КПД АЭС.
Недостатки:
Он очень сильно активируется в реакторе.
Натрий химически активен по отношению к воде и воздуху. На воздухе он воспламеняется, а с водой активно реагирует по реакции:
.
Такая реакция ведёт к быстрому разрушению конструкции из-за тепловыделения и роста давления при накоплении водорода.
При температурах более 500 ºС Nа способствует окислению стали, вызывая её растворение на горячих участках и отложение оксидов на холодных. В связи с этим приходится ограничивать температуру натрия и иметь устройства очистки теплоносителя от оксидов (т.н. холодные ловушки).
У натрия большая температура плавления (97 ºС), что требует иметь на АЭС системы предпускового разогрева натрия.
В связи с указанными недостатками для натриевого теплоносителя используется трёхконтурная схема АЭС (рис.78).
В первом и втором контурах натрий, а в третьем – вода (рабочее тело). Теплота от радиоактивного натрия первого контура передаётся нерадиоактивному натрию второго контура в промежуточном теплообменнике, а от него – воде в парогенераторе. Такая схема позволяет исключить контакт воды с радиоактивным натрием и избежать попадания воды в реактор, что недопустимо для реактора БН. В связи с высокой температурой натрия в третьем контуре используется схема ПТУ с перегревом и вторичным перегревом пара (как на ТЭС), что позволяет увеличить КПД АЭС до 40 %. Естественно, что такая схема наиболее сложна.
10. Основные отличия в конструкциях водо-водяных реакторов типа вврд и вврк. В каких схемах аэс используются эти реакторы? Реакторы с водой под давлением (вврд)
В качестве примера рассмотрим конструкцию реактора ВВЭР 1000 (электрическая мощность 1000 МВт, тепловая 3000 МВт).
Реактор имеет корпус из высокопрочной перлитной стали, который должен выдержать давление теплоносителя (16 МПа). Корпус снизу имеет эллиптическое днище, а сверху закрывается съёмной полусферической крышкой, которая крепится к корпусу шпильками.. Корпус и крышка имеют внутри нержавеющую наплавку для уменьшения коррозии. В нижней части корпуса находится цилиндрическая активная зона, набранная из кассет (ТВС) стержневых ТВЭЛов. В каждой из 150 ТВС содержится 318 ТВЭЛ, 12 трубок для стержней СУЗ и одна трубка для датчиков контроля параметров АЗ. Все ТВС размещаются в т.н. шахте реактора – цилиндрической обечайке, опирающейся на днище и удерживаемой от всплытия под действием потока теплоносителя тремя упругими трубами, зажатыми между корпусом и крышкой.
С
низу
шахта заканчивается опорной плитой, в
которую устанавливаются хвостовики
ТВС, а сверху – решёткой, которая
дистанционирует кассеты и удерживает
их от всплытия. Над АЗ находится блок
защитных труб, внутри которых проходят
штанги приводов СУЗ. Сверху защитные
трубы закреплены в плите. На защитных
трубах крепятся кабели от датчиков
контроля параметров, которые выводят
наружу через штуцеры. Штанги СУЗ
тоже выводят через крышку (с
соответствующими уплотнениями), над
которой находятся сами приводы. Вода
входит в реактор через 4 нижних патрубка,
опускается вниз в кольцевом зазоре
между корпусом и шахтой, затем поворачивает
вверх и проходит между ТВЭЛами в кассетах,
потом между защитными трубами и через
перфорированную верхнюю часть шахты и
4 верхних патрубка покидает реактор.
Разделительная обечайка не даёт воде
из входных патрубков непосредственно
попасть в выходные.
Для защиты корпуса от нейтронных потоков вокруг АЗ устанавливается стальной экран. Реактор устанавливается в бетонной шахте, которая служит биологической защитой, и опирается на кольцевой бак с водой, защищающий бетон от слишком больших нейтронных потоков. Вода в баке охлаждается специальными змеевиками. Таким образом, организована "многоступенчатая" нейтронная защита, которая последовательно снижает очень мощные нейтронные потоки активной зоны до уровней, безопасных для корпуса реактора, затем для бетона биологической защиты и, наконец, для персонала АЭС. Реактор работает с 4 парогенераторами (т.н. четырехпетлевая схема).