Kokande tryckvattenreaktor

En  kokvattenreaktor ( BWR) är en typ av trycksatt vattenkyld kärnreaktor där ånga genereras direkt i härden och skickas till en turbin .

Förutom denna typ av reaktorer kan kanalkärnreaktorer av grafit-vattentyp , till exempel RBMK och EGP-6 , vara kokande .

Utmärkande egenskaper

I kärnkraftverk med icke-kokande reaktorer ligger vattentemperaturen i primärkretsen under kokpunkten. Vid de temperaturer som krävs för att erhålla en acceptabel effektivitet (mer än 300 °C) är detta endast möjligt vid höga tryck (i VVER-1000- reaktorer är drifttrycket i kärlet 160 atm), vilket kräver skapandet av en hög- styrka kärl. Mättad och icke-radioaktiv vattenånga under ett tryck på 12–60 atm vid temperaturer upp till 330 °C genereras i sekundärkretsen. I kokvattenreaktorer produceras en ång-vattenblandning i härden. Vattentrycket i primärkretsen är cirka 70 atm. Vid detta tryck kokar vatten i kärnans volym vid en temperatur av 280 °C. Kokvattenreaktorer har ett antal fördelar jämfört med icke-kokande vattenreaktorer. I kokvattenreaktorer arbetar kärlet med ett lägre tryck, det finns ingen ånggenerator i kärnkraftverkskretsen .

En egenskap hos kokvattenreaktorer är att de inte har borreglering , kompensation för långsamma förändringar i reaktivitet (till exempel bränsleförbränning) utförs endast av inter-kassettabsorbenter gjorda i form av ett kors. Borreglering är inte genomförbar på grund av den goda lösligheten av bor i ånga (det mesta av det kommer att föras bort till turbinen). Bor introduceras endast under bränslepåfyllning för att skapa djup underkritik .

I de flesta kokvattenreaktorer är absorptionsstavarna i kontroll- och skyddssystemet (CPS) placerade på botten. Således ökas deras effektivitet avsevärt, eftersom det maximala flödet av termiska neutroner i reaktorer av denna typ flyttas till den nedre delen av kärnan . Ett sådant schema är också bekvämare för bränsletankning och frigör den övre delen av reaktorn från CPS-drifterna, vilket gör det möjligt att organisera ångseparation mer bekvämt [1] .

Fördelar

• Brist på ånggeneratorer, tryckkompensatorer
• Den första kretsen i reaktorn arbetar vid ett tryck på 70 atmosfärer mot 160 för VVER
• Lägre driftstemperaturer, inklusive de i bränslestavar
• På grund av förkastningen av neutronabsorption i bor, och något svagare neutronmoderering (på grund av ånga), kommer produktionen av plutonium i en sådan reaktor att vara högre än i VVER och andelen U238 som används är också högre.

Nackdelar

• Omöjlighet att tanka utan att stänga av reaktorn (för trycksatta reaktorer; kokvattenreaktorer av kanaltyp (RBMK) tillåter tankning utan att stänga av reaktorn)
• Märkbart mer komplex kontroll , förekomsten av förbjudna lägen i kraft-/kylvätskeflödesplanet, behovet av fler återkopplingssensorer
• Vi behöver ett reaktorkärl som är ~2 gånger större i volym än en VVER med jämförbar effekt. Trots att den är designad för mindre tryck är den svårare att tillverka och transportera.
• Turbinförorening med vattenaktiveringsprodukter - kortlivad N-17 och spår av tritium. Detta komplicerar rutinarbetet avsevärt. Dessutom är det nödvändigt att sätta upp fällor för att utvinna radioaktiva korrosionsprodukter från ångslingorna.
• Kavitationskorrosion och radiolys i bränslestavar med avlägsnande av radioaktivitet in i turbinen och kondensorn, samt med avlägsnande av väte och syre från kärnan (verkliga fall av explosioner av detonerande gas med skador på systemet vid Hamaoka-1 NPP och Brunsbuttel NPP är kända )

Arbetsvillkor

För stabil drift av en kokvattenreaktor väljs ett läge där massånginnehållet inte överstiger ett visst värde. Vid höga värden på massånginnehållet kan driften av reaktorn vara instabil. Denna instabilitet förklaras av det faktum att ånga tränger undan vatten från kärnan, och detta ökar neutronmodereringslängden L S . Om kokningen är för häftig ökar värdet på L S så mycket att reaktorn får negativ reaktivitet och reaktoreffekten börjar sjunka.

Att minska effekten minskar kokningsintensiteten, ånghalten i massan och därmed längden på retardationen. Som ett resultat av en sådan process frigörs reaktivitet, varefter reaktoreffekten och kokningsintensiteten börjar öka. En effektfluktuation som är farlig för reaktorkonstruktionen och driftpersonalen inträffar.

När ånghalten är under den tillåtna nivån uppstår inte sådana farliga effektfluktuationer, reaktorn självreglerar, vilket ger ett stationärt driftläge. Således frigör en minskning av effektnivån och en minskning av kokningsintensiteten reaktivitet, vilket säkerställer att effektnivån återgår till den ursprungliga. Ånghalten i vatten vid kärnans utlopp beror på effekttätheten. Därför begränsar det tillåtna ånginnehållet, under vilket stabil drift av kokvattenreaktorn säkerställs, kraften hos reaktorn med givna kärndimensioner. Med en sådan begränsning avlägsnas mindre effekt från en volymenhet i en kokande reaktor än från en volymenhet i en icke-kokande reaktor. Detta är en betydande nackdel med kokvattenreaktorer.

Ovanstående gäller för kärnan, i vilken volymen av vattenmoderator är överdriven i förhållande till dess optimala mängd, bestämt från förhållandet mellan volymen vatten och volymen bränsle. I detta fall bringar en minskning av mängden neutronmoderatorvatten i kärnan på grund av kokning förhållandet mellan moderatorn och bränslevolymerna närmare den optimala och leder till en ökning av bränslets utbredningsegenskaper.

I fallet med en trång kärna, i vilken vatten är relativt knapphändig även i frånvaro av kokning, kommer uppkomsten av kokning att åtföljas av en minskning av kraften på grund av bristen på neutronmoderering på vatten och försämringen av avelsegenskaperna hos ett sådant bränslemedium.

Litteratur

• Petunin V.P. Termisk kraftteknik för kärnkraftsanläggningar M.: Atomizdat, 1960.
• Levin VE Kärnfysik och kärnreaktorer. 4:e uppl. — M.: Atomizdat, 1979.

Anteckningar

1. ↑ Bartolomey G. G., Bat G. A., Baibakov V. D., Alkhutov M. S. Grunderna i teorin och metoder för beräkning av kärnkraftsreaktorer / Ed. G.A. Batya. - M. : Energoizdat, 1982. - S. 426. - 511 sid.