Реакторы на тепловых нейтронах

В энергетическом реакторе, работающем на тепловых нейтронах, в качестве горючего обычно используется 235U в смеси с 238U. Может применяться природный уран (например, в тяжеловодных реакторах), но предпочитают низкообогащённый уран (до 5%). Количество потребляемого в реакторе топлива пропорционально мощности реактора. При делении 1 г 235U высвобождается 1 тыс. кВт/день. Мощность ядерного реактора зависит от скорости протекания в нём цепной реакции деления ядер: в реакторе с тепловой мощностью 1 МВт происходит 3,3-ю16 дел./с.

Ядерное горючее в реакторах может быть распределено в активной зоне гомогенно или гетерогенно. Поэтому, по расположению в активной зоне делящегося вещества и замедлителя все реакторы принято делить на гетерогенные и гомогенные.

Гомогенные реакторы

Гомогенный реактор - реактор, активная зона которого представляет собой гомогенную размножающую среду (однородную смесь). В таком реакторе топливо и замедлитель находятся либо в растворе, либо в достаточно равномерной смеси, либо пространственно разделены, )io так, что разница в потоках нейтронов любых энергий в них несущественна.

В активной зоне гомогенных реакторов используется однородная жидкость, содержащая делящийся изотоп урана. Она закачивается в большой сосуд, работающий под давлением, где в критической массе происходит цепная реакция деления. Основное отличие гомогенного реактора от гетерогенного - отсутствие тепловыделяющих элементов; ядерное горючее находится в активной зоне реактора в виде гомогенной смеси, представляющей собой раствор или расплав соединений урана. Известны варианты гомогенных реакторов с газообразными соединениями урана или взвесью урановой пыли в газе. Тепло, выделяемое в активной зоне, отводится теплоносителем (водой, газом и т. д.), движущимся по трубам через активную зону, либо смесь горючего с замедлителем сама служит теплоносителем, циркулирующим через теплообменники.

Гомогенное ядерное горючее может представлять собой водные растворы солей урана и плутония, расплавы солей или металлов (например, сплавы U, Pu, Th с Pb, Bi, Sn типа LiF-BeF2-ZrF4-UF4, а замедлителем служить графит. Гомогенное ядерное горючее одновременно является теплоносителем реактора и непрерывно циркулирует через теплообменник. Продукты деления распределены равномерно по всем}7 объёму жидкой фазы. Иногда используется дисперсное топливо, представляющее собой, например, взвесь частиц оксида урана в водном растворе. Ввиду7 малого размера частиц в таком топливе происходит обеднение дисперсной фазы продуктами деления.

Гомогенные реакторы имеют ряд преимуществ по сравнению с гетерогенными:

  • - несложная конструкция активной зоны и минимальные её размеры;
  • - отсутствие высоких давлений, возможность в процессе работы без остановки реактора непрерывно удалять продукты деления и добавлять свежее ядерное топливо;
  • - простота приготовления горючего;
  • - управление реактором путём изменения концентрации топлива.

Однако гомогенные реакторы имеют и серьёзные недостатки. Смесь, циркулирующая по контуру, испускает интенсивное радиоактивное излучение, что требует дополнительной защиты и усложняет управление реактором. Только часть топлива находится в реакторе и служит для выработки энергии, а другая часть - во внешних трубопроводах, теплообменниках и насосах. Циркулирующая смесь вызывает сильную коррозию деталей реактора. Образование в гомогенном реакторе в результате радиолиза воды взрывоопасной гремучей смеси требует устройств для её удаления. Поэтому гомогенные реакторы не получили широкого распространения.

В настоящее время гомогенные реакторы на расплавах солей снова привлекают внимание из-за возможности сжигания в них высокоактивных и долгоживущих отходов переработки ОЯТ.

Реактор на расплавах солей (жидкосолевой реактор, ЖСР, MSR) — ядерный реактор, в котором основой охлаждающей жидкости является смесь расплавленных солей, которая может работать при высоких температурах (термодинамическая эффективность реактора прямо пропорциональна рабочей температуре), оставаясь при этом при низком давлении. Это уменьшает механические напряжения и повышает безопасность и долговечность. В некоторых вариантах ядерное топливо тоже жидкое, и является теплоносителем, что упрощает конструкцию реактора, уравнивает выгорание топлива, а также позволяет заменять горючее, не останавливая реактор. MSR могут использовать в качестве топлива обогащенный уран (235,2з8Ц), либо смесь фторидов 2з2ТЬ и 2ззи. Обычно ядерное топливо растворяется в расплавленном фториде теплоносителя — в UF4. В расплав также добавлены литий (высокообогащенный по изотопу 7Li -99,995 %) и бериллий.

К гомогенным реакторам относятся и растворные реакторы.

Реактор на растворах солей — гомогенный ядерный реактор, активная зона которого представляет собой раствор соли ядерного топлива (урана, плутония, тория) в воде (обычной или тяжелой), которая служит замедлителем.

Преимуществам растворного реактора: компактность, простота конструкции, отрицательный температурный коэффициент реактивности, большая эффективность наработки изотопов, недостатками — низкая мощность. Примером является реактор "Аргус" тепловой мощностью 20 кВт, топливом в котором является раствор уран ил сульфата U02S04. Наиболее перспективными реакторами этого типа являются реакторы на растворе нитрата плутония 239Pu, которые отличаются малыми габаритами вследствие малого периода полураспада плутония. В настоящее время в нескольких странах строятся растворные реакторы медицинского назначения

(В ОСНОВНОМ ДЛЯ ПрОИЗВОДСТВа ИЗОТОПОВ 9уМ0 И 99»iTc.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >