Вопросы безопасности связанные с радиоактивностью

Вопросы безопасности связанные с радиоактивностью

Мы рассмотрели вопросы безопасности, связанные с попаданием радиоактивности. Что еще является неотъемлемой чертой двухконтурной схемы отвода тепла? Обязательное наличие компенсатора давления в первом контуре. Все жидкости, которые используются в теплоносителе в первом контуре, если он однофазный, т.е. не кипящий (например, натрий, свинец-висмут или вода) -  все эти жидкости обладают свойством уменьшать плотность при нагревании, т.е. они расширяются при нагревании и довольно сильно. Особенно это касается воды. Таким образом, если вы сделаете первый контур таким, что он будет полностью, под завязку, заполнен водой (холодной), то как только вы начнете греть, его разорвет. В воде, где коэффициент расширения большой, в компенсатор объема вытесняется 30 % объема воды первого контура, потому что плотность горячей воды – 0,7 (при 3000 С, 160 атм), а холодной – 1. Т.е. если плотность уменьшается на 30 %, значит, компенсатор должен иметь в себе возможность поглотить в себя, забрать 30 % объема воды. Дальнейшая задача компенсатора объема – поддерживать давление в первом контуре на всех режимах на том уровне, который требуется для нормальной эксплуатации (давление 160 атм.), препятствовать повышению или снижению давления. Для этого там предусмотрены свои системы, мы о них потом поговорим.

Для жидкого металла, хоть он и расширяется в десять раз меньше, чем вода, но все равно расширяется, все равно нужен компенсатор давления (иначе он называется компенсатором объема). Но для жидких металлов он небольшой, в десять раз меньше, чем для воды, потому что там нужно предусмотреть увеличение всего на 5 % объема. Но, тем не менее,  это неотъемлемая часть установки, компенсатор давления нужен обязательно.

Дальше надо ответить на такой вопрос – исторически так сложилось, что прототипом реактора ВВЭР (и PWR, американского) был реактор атомных подводных лодок, т.е. корпусный реактор с водой под давлением двухконтурный, но как появились на свет одноконтурные установки? Ведь было ясно, конечно, что на один барьер безопасности станет меньше, потому что, вообще говоря, когда рассматривают глубоко эшелонированную, многобарьерную защиту против выхода осколков деления, что является первым барьером, который удерживает осколки деления? Это сама топливная матрица. Вот таблетка двуокиси урана или другого топлива – даже если оболочка разгерметизируется, все равно основная масса, ~ 99 % осколков, останется в топливной таблетке. Второй барьер – это оболочка твэла. Но дальше уже рассматривается первый контур –понятно, что это граница, но вот дальше в  двухконтурной схеме был парогенератор, а в одноконтурном реакторе его убрали, значит, на один барьер стало меньше. Таким образом, разработка одноконтурных станций потребовала разработки и отработки испытания таких топливных сборок (ТВС), у которых отказы были бы крайне редкими, т.е. ТВС должны быть высоконадежными. Только в этом случае одноконтурные станции могли надежно и безопасно эксплуатироваться. А главным доводом в пользу одноконтурных было то, что они дешевле, вот тут парогенератор есть, а вот в одноконтурном нет – исключается такое сложное оборудование. Но на практике оказалось, что разницы большой в экономических показателях нет, потому что парогенератор выбросили, а барабан-сепаратор поставили – а он по металлоемкости, в общем, почти такой же, как парогенератор. В результате получилось так, что они конкурируют. Вот в Америке примерно где-то 1/3 реакторов одного типа, 2/3 – другого типа, и они работают с очень близкими экономическими показателями. К двухконтурным же относятся и реакторы, в которых в первом контуре используется сплав свинец-висмут. Этот теплоноситель, который используется на лодках, тоже двухконтурной системы, потому что этот тяжелый жидкий металл химически инертен, поэтому никаких бурных реакций с водой не возникает, т.е. нет химического взаимодействия воды и этого теплоносителя.