Теплоноситель ядерного реактора

Теплоносители ядерного реактора
охлаждающая жидкость	Температура плавления	Точка кипения
Тяжелая вода при 154 бар		345 °С
НаК эвтектика	-11 °С	785 °С
Натрий	97,72 °С	883 °С
ФЛиНаК	454 °С	1570 °С
ФЛиБе	459 °С	1430 °С
Вести	327,46 °С	1749 °С
Эвтектика свинец-висмут	123,5 °С	1670 °С

Теплоноситель ядерного реактора — теплоноситель в ядерном реакторе, используемый для отвода тепла от активной зоны ядерного реактора и передачи его электрическим генераторам и окружающей среде .Часто используется цепочка из двух контуров теплоносителя, поскольку первый контур теплоносителя принимает на себя кратковременную радиоактивность реактора.

Вода

Почти все действующие в настоящее время АЭС представляют собой легководные реакторы, обычную воду под высоким давлением использующие в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов .Около 1/3 — это реакторы с кипящей водой , в которых теплоноситель первого контура подвергается фазовому переходу в пар внутри реактора .Около 2/3 — это водо-водяные реакторы с еще более высоким давлением.Современные реакторы остаются ниже критической точки при температуре около 374 °C и 218 бар , когда исчезает различие между жидкостью и газом, что ограничивает тепловой КПД , но предлагаемый реактор со сверхкритической водой будет работать выше этой точки.

В тяжеловодных реакторах используется оксид дейтерия , который имеет те же свойства, что и обычная вода, но с гораздо меньшим захватом нейтронов , что обеспечивает более тщательное замедление.

Недостатки

Утечка трития

Поскольку атомы водорода в водных теплоносителях бомбардируются нейтронами, некоторые из них поглощают нейтроны, превращаясь в дейтерий , а некоторые становятся радиоактивным тритием . Вода, загрязненная тритием, иногда попадает в грунтовые воды случайно или по официальному разрешению. ^[1]

Водородный взрыв

Топливные стержни создают высокие температуры, которые превращают воду в пар. Во время отключения электроэнергии дизельные генераторы, обеспечивающие аварийное питание водяных насосов, могут быть повреждены цунами, землетрясением или тем и другим; если для охлаждения твэлов не подается пресная вода, то твэлы продолжают нагреваться. Как только топливные стержни достигнут температуры более 1200°C, циркониевые трубки, содержащие ядерное топливо, начнут взаимодействовать с паром и отделять водород от молекул воды. Этот водород может просачиваться из-за дыр в активной зоне реактора и защитной оболочке. Если водород накапливается в достаточных количествах — концентрациях в воздухе 4% и более — то он может взорваться, как это, по-видимому, произошло на реакторах №1, 3 и 4 Фукусимы-дайити .

Такого взрыва удалось избежать Реактор № 2 , открывший вентиляционное отверстие для выпуска водорода, снизил давление за счет выброса радиоактивного газообразного водорода. ^[2]

Борированная вода

Борированная вода используется в качестве теплоносителя при нормальной эксплуатации реакторов с водой под давлением (PWR), а также в системах аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) как PWR, так и реакторов с кипящей водой (BWR). ^[3]^[4]^[5]

Преимущества

Бор , часто в форме борной кислоты или бората натрия, соединяется с водой — дешевым и распространенным ресурсом — где он действует как теплоноситель для отвода тепла от активной зоны реактора и передачи тепла во второй контур. ^[6] Частью вторичного контура является парогенератор , который используется для вращения турбин и выработки электроэнергии. Борированная вода также дает дополнительные преимущества, выступая в качестве поглотителя нейтронов из-за большого поперечного сечения поглощения нейтронов, где она поглощает лишние нейтроны, помогая контролировать скорость деления реактора. Таким образом, реактивность ядерного реактора можно легко регулировать, изменяя концентрацию бора в теплоносителе. То есть, когда концентрация бора увеличивается (борирование) за счет растворения большего количества борной кислоты в теплоносителе, реактивность реактора снижается. И наоборот, когда концентрация бора уменьшается (разбавление) за счет добавления большего количества воды, реактивность реактора увеличивается. ^[7]

Недостатки

Примерно 90% трития в теплоносителях PWR образуется в результате реакции бора-10 с нейтронами. Поскольку тритий сам по себе является радиоактивным изотопом водорода, охлаждающая жидкость загрязняется радиоактивными изотопами и ее необходимо предотвращать от утечки в окружающую среду. Кроме того, этот эффект необходимо учитывать при более длительных циклах работы ядерного реактора и, следовательно, требует более высокой начальной концентрации бора в теплоносителе. ^[7]

Расплавленный металл

Быстрые реакторы имеют высокую удельную мощность и не нуждаются в замедлении нейтронов и должны избегать его. Большинство из них представляют собой реакторы с жидкометаллическим охлаждением, использующие расплавленный натрий . свинец, эвтектика свинец-висмут Также предлагались и иногда использовались и другие металлы . Ртуть использовалась в первом быстром реакторе .

Расплавленная соль

Расплавленные соли разделяют с металлами преимущество низкого давления паров даже при высоких температурах и менее химически активны, чем натрий . Соли, содержащие легкие элементы, такие как FLiBe, также могут обеспечивать умеренность. В эксперименте с реактором на расплавленной соли он даже служил растворителем ядерного топлива.

Газ

В качестве охлаждающей жидкости также использовались газы. Гелий чрезвычайно инертен как химически, так и по отношению к ядерным реакциям, но обладает малой теплоемкостью .

Углеводороды

Реакторы с органическим замедлителем и охлаждением были одной из первых изученных концепций, в которых в качестве теплоносителя использовались углеводороды. Они не увенчались успехом.

Ссылки

^ «в результате плановых утвержденных выпусков; из Google (почему утечка трития) результат 2» .
^ «Частичные расплавления привели к взрывам водорода на АЭС Фукусима; из Google (взрыв водорода на Фукусиме), результат 1» . Научный американец .
^ «Системы реакторов с водой под давлением» (PDF) . Центр технического обучения USNRC . Проверено 12 марта 2019 г.
^ Аалтонен1, Ханнинен2, П.1, Х.2. «Химия воды и поведение материалов в PWR и BWR» (PDF) . Технология производства ВТТ . Проверено 12 марта 2019 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Буонджорно, Якопо. «Ядерная безопасность» (PDF) . MIT OpenCourseWare . Проверено 12 марта 2019 г.
^ «Борированная вода» (PDF) . Колумбус Кемикал Индастриз . Проверено 12 марта 2019 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Монтерроса, Энтони (5 мая 2012 г.). «Использование и контроль бора в реакторах PWR и FHR» (PDF) . Кафедра ядерной инженерии Калифорнийского университета в Беркли . Проверено 12 марта 2019 г.

Натрий как теплоноситель быстрого реактора, Томас Фаннинг, ANL. Выгодно сравнивает натрий со свинцом и гелием.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с теплоносителями ядерных реакторов, на Викискладе?

[1] «в результате плановых утвержденных выпусков; из Google (почему утечка трития) результат 2» .

[2] «Частичные расплавления привели к взрывам водорода на АЭС Фукусима; из Google (взрыв водорода на Фукусиме), результат 1» . Научный американец .

[3] «Системы реакторов с водой под давлением» (PDF) . Центр технического обучения USNRC . Проверено 12 марта 2019 г.

[4] Аалтонен1, Ханнинен2, П.1, Х.2. «Химия воды и поведение материалов в PWR и BWR» (PDF) . Технология производства ВТТ . Проверено 12 марта 2019 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[5] Буонджорно, Якопо. «Ядерная безопасность» (PDF) . MIT OpenCourseWare . Проверено 12 марта 2019 г.

[6] «Борированная вода» (PDF) . Колумбус Кемикал Индастриз . Проверено 12 марта 2019 г.

[:0-7] Перейти обратно: ^а ^б Монтерроса, Энтони (5 мая 2012 г.). «Использование и контроль бора в реакторах PWR и FHR» (PDF) . Кафедра ядерной инженерии Калифорнийского университета в Беркли . Проверено 12 марта 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]