2.2. Загальні принципи будови ядерних реакторів

Ядерний (атомний) реактор є пристроєм для здійснення керованої ланцюгової реакції ділення. Основною частиною ядерного реактора є активна зона, в якій відбуваються формування енергетичного спектру нейтронів, поділ ядер палива й перетворення ядерної енергії в теплову для подальшого використання. Активна зона складається з ядерного палива, сповільнюва ча нейтронів (у реакторах на теплових або проміжних нейтронах) і конструкційних матеріалів. Для відведення тепла від активної зони служить теплоносій. Керування ланцюговою реакцією ділення здійснюється органами регулювання. Для зменшення витоку нейтронів активну зону оточують відбивачем – матеріалом, що не ділиться, добре розсіюючим нейтрони й слабо їх поглинаючим. Всі ці складові частини знаходяться в корпусі ядерного реактора, закритого кришкою, на якій змонтовані виконавчі механізми органів регулювання.

Обробка верхньої обичайки шахти реактора ВВЕР 1000 у цехах АТ «Іжорські заводи»

Конструкції ядерних реакторів залежать від їх призначення: для вироблення електроенергії, технологічної теплоти, теплопостачання, збройового матеріалу, вторинного ядерного палива, спалювання радіоактивних відходів від переробки відпрацьованого ядерного палива і т.д. Вибір конструкції ядерного реактора може визначатися наявністю національних ресурсів й економікою країни, міркуваннями безпеки та небезпекою розповсюдження ядерних матеріалів з метою використання їх як зброї.

Проектування конструкцій ядерних реакторів засноване на трьох основних принципах, а саме на залежності конструкції реактора:

• від енергії нейтронів, енергетичний спектр яких повинен бути сформований в його активній зоні (реактори на теплових або швидких нейтронах);

• від конфігурації й структури активної зони (гомогенного або гетерогенного розташування ядерного палива, сповільнювача, теплоносія);

• від мети використання ядерного палива (спалювання, конвертація сировинного матеріалу – торія-232 або урану-238, відтворення вторинного ядерного палива).

У гомогенному ядерному реакторі паливо в активній зоні може складатися із розплавленого металу, розплавленої солі, водного або органічного розчину (рідкосольові реактори, РСР).

У гетерогенних реакторах паливо є переважно стрижнями із оксидів матеріалів, що діляться, або сировинних. Паливним матеріалом може бути майже будь-яке поєднання ядер матеріалу, що ділиться, і сировинного в суміші або відокремлених один від одного як в концепції «активна зона (матеріал, що ділиться) – зона відтворення (сировинний матеріал)». У даний час як паливо використовується уран: природний, такий, що містить 0,72% урану-235, або, що звичайніше, збагачений, в якому зміст урану-235 підвищений до 2–4% у реакторах на теплових нейтронах і до 20% – у реакторах на швидких нейтронах.

Монтаж реактора ВВЕР 1000 на Рівненській АЕС У більшості енергетичних ядерних реакторів у даний час як паливо використовують керамічні таблетки з UO2, PuO2 або їх суміші UO2 – PuO2 (MOX – паливо). Випробовуються й сполуки UC і UN, що не містять оксидів.

Як сповільнювачі нейтронів використовуються звичайна вода H2O, важка вода D2O, берилій, графіт або органічний розчин.

Вибір матеріалів для теплоносіїв ще ширший. Як теплоносії використовуються наступні категорії матеріалів:

• звичайна і важка вода (H2O і D2O);

• рідкометалеві теплоносії (К, Na, Zr, Bi, Pb, Hg, Ga), їх сполуки й сплави;

• газоподібні теплоносії (газоподібний СО2, гелій, водяна пара, чотириоксид азоту N2O4);

• органічні теплоносії, в основному поліфеніли (наприклад дифеніл і дифенільна суміш «Даутерм» – 26,5% (С6Н2)2 і 73% (С6Н5)2О; о-Терфеніл, п-Терфеніл, м-Терфеніл; суміш ізомерів Терфенілу, диталілметан – ДТМ, Сантовакс (суміш дифенілу й ізомерів Терфенілу).

При виборі теплоносія керуються типом реактора, конструкційними матеріалами, можливістю отримання найбільшого к.к.д. реактора й економічними показниками.