Классификация реакторов по структуре активной зоны

Классификация реакторов по структуре активной зоны

По структуре активной зоны реакторы подразделяются на две группы – гетерогенные и гомогенные. Что является отличительным признаком принадлежности реактора к той или иной группе? В гетерогенном реакторе топливо и замедлитель (или теплоноситель тоже), находятся в отдельных пространственных зонах, т.е. они не перемешаны друг с другом. Замедлитель, теплоноситель и топливо находятся в отдельных, выделенных конструкцией активной зоны областях. Если взять ВВЭР, там топливо, изготовленное в виде таблеток, располагается внутри тепловыделяющих элементов – трубок, отдельно от теплоносителя, который находится между трубок, он же является и замедлителем. В РБМК тоже все расположено отдельно — замедлитель, теплоноситель и топливо. Т.е. практически все реакторы атомных электростанций относятся к гетерогенному классу реакторов.

Вопрос – в ВВЭР же замедлитель как бы перемешивается с теплоносителем?

Что значит перемешивается? Просто в реакторах ВВЭР теплоноситель одновременно является и замедлителем. Это одно и то же  вещество служит и для съема тепла и для замедления нейтронов. Вот в РБМК вода тоже замедляет нейтроны, но ее в активной зоне очень мало по объему, поэтому в РБМК вода выполняет функции теплоносителя, а ее добавка к замедлению нейтронов по сравнению с большим массивом графита очень маленькая.

   Вопрос – а как же в ВВЭР, там же борный раствор?

Борная кислота – это просто способ управления реактором, т.к. бор хорошо поглощает нейтроны. Это для того, чтобы компенсировать реактивность и т.д., дальше мы об этом будем говорить.

Теперь гомогенные
реакторы. Исходя от противного, в гомогенном реакторе должно быть перемешано в однородную массу топливо, теплоноситель и замедлитель. Один пример гомогенного реактора, реализованный, я вам называл – это жидкотопливный реактор с расплавленной солью, т.е. это расплав соли, содержащей, например, хлориды и фториды  натрия, бериллияи т.д. — и в них же входят и хлориды урана или тория, т.е. образуется такая топливосодержащая смесь в теплоносителе, т.е. в расплавленной соли размешано топливо. Замедлитель там может располагаться отдельно – графитовый, но по расположению топлива и теплоносителя – это гомогенный реактор. Это было сделано для того, чтобы (думали, что будет эффективно) иметь в одном технологическом производстве соединение двух процессов — и выработку энергии и переработку топлива, потому что вот такой гомогенный жидкотопливный реактор позволяет непрерывно в процессе работы подпитывать топливом, т.е. поддерживать мощность реактора и удалять продукты, осколки деления, тоже в процессе работы. Но на этом дело и закончилось. Еще рассматривались и реализовывались гомогенные реакторы в виде водных растворов солей урана. Это делалось для исследовательских целей и для наработки радиоактивных изотопов. Изотопы получаются так. Когда вы прокачиваете водный раствор соли урана, образуются осколки деления. На какой-то цепочке производится отбор этого раствора, химически выделяются необходимые осколки, которые  и используется потом в медицине — для диагностики, для терапии и т.д. (например, 99Мо и т.д.). Сам реактор очень прост в своей инженерной реализации. Это сфера (шар, сферический объем), куда входит маленькая трубочка, в которую подается  этот жидкотопливный раствор и с противоположной стороны вставлена трубочка, куда отбирается готовый продукт. Цепная реакция идет, естественно, в этом объеме. Когда эта топливная смесь выходит в тоненькие трубочки – это аналогично тому, что радиус реактора стремить к нулю – происходит очень большая утечка нейтронов, т.е. эти части этого контура глубоко подкритичны. А критичность имеется только внутри вот этого объема.

Кроме того, гомогенный реактор очень прост в математическом описании и мы будем пользоваться этой приближенной моделью, чтобы разобрать, как работает реактор, как проводятся рассчеты. Формальная математика для гомогенного реактора гораздо проще.