Ядерная энергетика

Курсовые по энергетике
БН
Экология
Карта

Особенности ядерных реакторов

Ядерным реакторам, независимо от их типа, присущи следующие специфические особенности. Ядерное топливо – источник энергии в реакторе – отличается высокой энергоемкостью (при полном делении 1кг 235U высвобождается энергия, равная 8×1013 Дж, а при сгорании 1кг органического топлива выделяется энергия порядка (3…5)×107 Дж, в зависимости от вида топлива). В этом заключается основное преимущество ядерного топлива. В таблице 7.2 представлены годовые потребности в топливе электростанций одинаковой электрической мощности разных типов.

Способ «сжигания» ядерного топлива в реакторе отличается от способа сжигания органического топлива, необходимое количество которого постоянно подается в зоны горения, соединяясь с окислителем при определенной температуре, оно сгорает. Несгоревшие остатки, примеси и продукты сгорания (дымовые газы) удаляются в окружающее пространство. При этом, некоторая часть выделившейся тепловой энергии теряется безвозвратно с продуктами сгорания, загрязняющими окружающую среду.

В ядерный реактор порциями загружается топливо, которое после «выгорания» вместе с накопившимися продуктами деления и другими, нетопливными материалами, входящими в состав ТВЕЛов, полностью или частично выгружается из реактора. Время, в течение которого ядерное топливо находится в реакторе, может составлять несколько лет.

Для работы ядерного реактора не требуется окислитель, то есть не используется кислород атмосферы, и продукты сгорания не загрязняют окружающую среду. Это особенно важно при использовании ядерных реакторов в качестве двигателей подводных судов и космических объектов.

Таблица 7.2 – Годовые потребности электростанций мощностью
1000 МВт (эл) в топливе

Характеристика

На угле

На нефти

На ядерном
топливе

Количество топлива

2,2×106 т

1,5×106 т

150 т природного урана

Хранение
топлива

40 га

(4000´100 м)

25 га (50 резервуаров по 3000 м3)

50 м3 (66 контейне­ров по 3 т каждый)

Стоимость
топлива (во фр. франках)

450 млн.

600 млн.

6 млн.

Транспорт

22 насыпных сухогруза по 10000 т – по одному каждые 16 суток

1500 барж по
1000 т (4 баржи ежедневно)

2 железнодорожных вагона или 7 грузовых автомобилей

Ядерные реакторы характеризуются очень высокой теплонапряженностью активной зоны. Тепловые потоки на теплоотдающих поверхностях в реакторах составляют 106 Вт/м2, а объемное тепловыделение в топливе – 109Вт/м3. Значения аналогичных характеристик в любых других источниках теплоты на несколько порядков меньше. Тепловыделение в реакторе неравномерно по объему активной зоны. Это требует принятия определенных мер для обеспечения соответствия между тепловыделением и теплообъемом.

Особенностью теплофизики ядерных реакторов является наличие тепловыделения не только в ядерном топливе, но и в конструкционных материалах. Доля этой теплоты в общем тепловыделении составляет несколько процентов (~6%), что требует организации специального отвода теплоты от конструкционных материалов.

После остановки ядерного реактора (прекращения процесса деления) в отличие от источников теплоты на органическом топливе в активной зоне продолжает генерироваться тепловая энергия. Эта остаточная энергия выделяется вследствие радиационных процессов, в результате которых образовавшиеся при делении нестабильные радиоактивные осколки превращаются в стабильные продукты деления. Отвод остаточного тепловыделения в течение длительного времени обеспечивается либо штатной системой циркуляции теплоносителя, либо с помощью специальной системы отвода теплоты.

Протекающие в реакторе процессы сопровождаются излучением, оказывающим определенное воздействие на материалы, из которых изготовлены узлы реактора, и на обслуживающий персонал. В результате материалы изменяют свои прочностные и другие характеристики. Важную проблему представляет организация хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива и его переработка.

К конструкции реактора предъявляются чрезвычайно высокие требования для обеспечения надежности и безопасности его работы, а также расхолаживания в аварийных ситуациях.

На главную