Устройство и технические характеристики реактора РБМК

Для обозначения ячеек ТК и специальных каналов используется система координат, представленная на рис. 2.5.

Система координат используется при эксплуатации реактора и перегрузке. В этой системе номера ячеек обозначаются в восьми- ричной системе для обработки и выдачи результатов контроля в ЭВМ СЦК «СКАЛА». Координаты ячеек обозначены в осях Х–Y. Ось Х параллельна оси машзала.

Рис. 2.5. Система координат РБМК-1000

2.4 Графитовая кладка реактора

Графитовая кладка используется в качестве замедлителя и отражателя нейтронов. В графитовом замедлителе происходит уменьшение энергии нейтронов деления до тепловой, а графитовый отражатель снижает утечку нейтронов из активной зоны реактора. Графитовая кладка размещена внутри защитного кожуха схемы «КЖ» (реакторное пространство). Представляет собой вертикально расположенный цилиндр диаметром 14,0 м и высотой 8,0 м. собранный из отдельных графитовых блоков изготовленных из графита удовлетворяющего специальным требованиям по ядерной чистоте и плотности в 14 слоев, образующих 2488 колонн с шагом 250 мм общей массой 1760 т.

Четыре периферийных ряда колонн по всей окружности кладки выполняют функцию бокового отражателя. Графитовая кладка включает в себя активную зону в форме вертикального цилиндра с диаметром 12 м и высотой 7 м. В 1693 колоннах активной зоны имеются отверстия диаметром 114 мм, образующие в колоннах тракты для размещения ТК и других специальных устройств, обеспечивающих   работу   реактора.   В   отверстиях   колонн бокового отражателя в место каналов установлены графитовые стержни из отдельных блоков высотой 280, 500, 600 мм.

Графитовые блоки имеют квадратное сечение 250´250 мм и различную высоту 200, 300, 500 и 600 мм. Основными являются блоки высотой 600 мм. Внутри блоков имеются отверстия диаметром 114 мм, образующие в колоннах тракты для размещения каналов.

Каждая графитовая колонна (рис. 2.6) установлена на стальной опорной плите, которая опирается на стальной стакан, приваренный к верхней плите нижней МК схемы «ОР». Нагрузку от графитовой кладки, стальных опорных плит и стаканов несет МК схема «ОР», которая одновременно служит нижней биологической защитой реактора.

 

Рис. 2.6. Конструкция ТК и графитовой колонны

В верхней части графитовая колонна крепится с помощью стальных защитных плит, соединительных патрубков и труб- трактов, вваренных в верхнюю МК схемы «Е». Соединение труб- трактов с патрубками допускает температурное удлинение колонн.

Центрирование блоков относительно друг друга в колонне обеспечивается конусными соединениями типа «выступ-впадина», а центрирование графитовых колонн в трактах, вваренных в верхнюю МК схемы «Е», осуществляется с помощью защитных плит и соединительных патрубков.

При разогреве-расхолаживании реактора температура трактов температурных каналов в зоне бокового отражателя отстает от температуры трактов рабочих каналов и прилегающих ребер зна- чительно больше, чем в зоне плато, что ведет к возникновению неравномерности их температурных расширений и недопустимым напряжениям в местах приварки трактов к плитам МК схемы «Е». Для исключения (смягчения) напряжений в тракты периферийных температурных каналов вварены сильфонные компенсаторы. В этом отличие периферийных температурных каналов от трактов центральных температурных каналов.

2.5 Конструкция ТВС и технологического канала

В качестве тепловыделяющего элемента в реакторе РБМК-1000 используется закрытая с обоих концов циркониевая трубка диамет- ром 13,9 мм, толщиной стенки 0,9 мм и длиной около 3,5 м, заполненная таблетками топлива диаметром  11,5  мм  и  высотой 15 мм. Для уменьшения величины термического расширения топливного столба, таблетки имеют лунки. Начальная среда под оболочкой заполнена гелием под давлением 5 кгс/см2. Топливный столб фиксируется пружиной. Максимальная температура в центре топливной таблетки может достигать 2100 °С. Реально эта температура не выше 1600 °С, давление гелия до 17 кгс/см2, а температура наружней поверхности оболочки твэл около 300 °С.

 

Рис. 2.7. Тепловыделяющая сборка реактора РБМК

Тепловыделяющие элементы (твэлы) компонуются в тепловыделяющие сборки (ТВС) по 18 шт. в каждой; 6 шт. по окружности диаметром 32 мм и 12 штук – диаметром 62 мм. В центре – несущий стержень (рис. 2.7, сечение Б-Б). Твэлы в сборке скреплены через каждые полметра специальными дистанционирующими решетками.

Основным топливным блоком реактора является тепловыделяющая (или рабочая) кассета, состоящая из двух ТВС, соединенных общим несущим стержнем, штанги, наконечника и хвостовика. Таким образом, часть кассеты, располагающаяся в активной зоне, имеет длину около 7 м.

Прочный корпус – это основной конструктивный элемент реакторов типа ВВЭР. Для реакторов РБМК роль корпуса играет большое количество прочных трубопроводов, внутри которых и размещаются кассеты. Такой трубопровод называется технологическим каналом (ТК), в пределах активной зоны  он циркониевый и имеет диаметр 88 мм при толщине стенки 4 мм,  в РБМК-1000 1661 технологический канал. Технологический канал (см. рис. 2.6) предназначен для размещения ТВС и организации потока теплоносителя.

Корпус канала представляет собой сварную конструкцию, со- стоящую из средней и концевых частей. Средняя часть канала выполнена из циркониевого сплава, концевые - из нержавеющей стали. Между собой они соединены переходниками сталь-цирконий.

Топливная кассета устанавливается внутри канала на подвеске, которая удерживает ее в активной зоне и позволяет с помощью РЗМ производить замену отработанной кассеты без останова реактора. Подвеска снабжена запорной пробкой, которая герметизирует канал.

В реакторе размещены каналы управления и защиты. В них располагаются стержни поглотители, датчики контроля энерговыделения. Размещение каналов управления в колоннах графитовой кладки автономно от технологических каналов.

Пространство между графитом и каналами заполнено гелием, имеющим хорошую теплопроводность, малую теплоемкость и не оказывающим существенного влияния на ход цепной реакции. Для улучшения теплопередачи от графита к каналу при движении газа создается своеобразный лабиринт (рис. 2.8). На канал и отверстия блоков поочередно надеваются разрезные графитовые кольца высотой 20 мм каждое на участке 5,35 м в центре  активной зоны. Таким образом, газ движется по схеме «графит – разрез кольца – стенка канала – разрез кольца – графит».

Рис. 2.8. Фрагмент вертикального сечения активной зоны

В РБМК-1000 в качестве отражателя используется дополнительный слой графита вокруг активной зоны – по 0,5 м сверху и снизу и 1 м по цилиндрической поверхности. Он набирается из таких же блоков, но часть отверстий боковых колонн заглушена графитовыми же втулками.

Всего в графитовой кладке 14 слоев и 2488 вертикальных колонн.

2.6 Стержни СУЗ реактора РБМК

Регулирование реактивности, мощности реактора осуществляется с помощью системы управления и защиты (СУЗ).

Схема расположения стержней исполнительных механизмов СУЗ по высоте активной зоны реакторов РБМК и их геометрические размеры приведены на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Схема расположения стержней исполнительных механизмов СУЗ по высоте активной зоны реакторов РБМК

Стержни СУЗ характеризуются физическим весом, интегральной и дифференциальной характеристиками (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Средняя эффективность стержней РР в различных состояниях реактора

Состояние активной зоны	Наличие воды в КО СУЗ	Средний вес стержня × 10-5а.е.
Горячее на мощности	Есть	46
Разогретое разотравленное, с водой в КМПЦ	Есть Нет	40 57
Холодное разотравленнное, с водой в КМПЦ	Есть Нет	32 49
Разогретое разотравленное, без воды в КМПЦ	Есть Нет	51 69
Холодное разотравленнное, без воды в КМПЦ	Есть Нет	45 62,5

При сливе воды из КО СУЗ стержни лишаются «водного экрана», поток тепловых нейтронов, падающих на них, увеличивается, что приводит к увеличению эффективности стержня.

Кардинальное решение проблемы - внедрение кластерных регулирующих органов (КРО).

Принципиальным отличием КРО от штатных стержней СУЗ, включая стержни БАЗ, является то, что его рабочий орган перемещается не в канале СУЗ, а в собственном дополнительном канале- гильзе, которая неподвижно устанавливается в канал.

При использовании КРО количество воды в канале на участке активной зоны из-за вытеснения снижается до 3 л на один канал, что позволяет повысить и технико-экономические показатели реактора за счет увеличения глубины выгорания топлива, а положительный эффект реактивности при обезвоживании КО СУЗ в критических состояниях снижается до величины менее 1 bэф. Для сравнения КРО со штатными стержнями СУЗ в табл. 2.3 представлены их основные параметры и характеристики.

Таблица 2.3

Характеристики и параметры штатных рабочих органов СУЗ и КРО

Параметр	Штатный орган	КРО
Рабочий ход, мм	6550	7000
Масса рабочего органа, кг	52±1,8	35,6±0,9
Вес рабочего органа в воде, кгс	16,8±1,8	-
Длина поглощающей части рабочего органа	6772	7550
Время аварийного ввода на рабочий ход, с	1432	Не более 7
Гидродинамические нагрузки на рабочий орган при извлечении из зоны со скоростью 0,4 м3/ч, кгс	47	-
Количество воды в канале на участке а.з. при извлеченном поглотителе, л	16	До 3
Эффект обезвоживания КО СУЗ в критсостоянии, bэф	4…4,5	Менее 1
Физическая эффективность относительно штатного стержня в канале с водой	1	~1
Перекрытие поглотителем высоты а.з., %	93,6	%

Кластерный регулирующий орган включает в себя (рис. 2.10): гильзу, рабочий орган (ПЭЛ – поглощающий элемент), защитную пробку, аварийный демпфер, опору.

Рис. 2.10. Схема расположения КРО:

1 – канал СУЗ; 2 – гильза; 3 – защитная пробка; 4 – ПЭЛ; 5 – подвеска; 6 – сервопривод; 7 – аварийный демпфер; 8 – опорная труба; 9 – клапан; 10 – закладка; 11 – защита; 12 – подвод воды КО СУЗ

Гильза  КРО  выполнена  на  основе  круглой  фасонной   12-канальной трубы из высокопрочного алюминиевого сплава САВ1.

 

III. Заключение

Реактор РБМК как и другие реакторы имеет свою достоинства и недостатки. Как и любой реактор, РБМК безопасен лишь при правильной эксплуатации и хорошо разработанных системах защиты. Из основных достоинств РБМК следует выделить несколько наиболее значимых - наиболее дешевое и менее трудозатратное изготовление корпуса, возможность наращивания мощности путем пристройки новых графитовых блоков без изменения конструкций других узлов, а также возможность замены без остановки реактора отработавших тепловыделяющих элементов на новые, и самое главное это физические свойства реактора -  способность использовать малообогащенное топливо или  даже  отработанное топливо ВВЭР-ов.

 

 

 

 

 

IV. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.
2. Абрамов М. А., Авдеев В. И., Адамов Е. О. и др. Под общей редакцией Черкашова Ю. М. Канальный ядерный энергетический реактор РБМК. — М.: ГУП НИКИЭТ, 2006. 632 с.
3. Шелегов А.С., Лескин С.Т., Слободчук В.И. Физические особенности  и конструкция реактора РБМК-1000: Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011, – 64 с.
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%C1%CC%CA
5. http://petuhoff.chat.ru/rbmk/03_rbmk.htm