Как устроен фукусимский реактор

Первый блок АЭС "Фукусима-1" был запущен в 1970 году Токийской энергетической компанией (ТЕРСО), в промышленную эксплуатацию введен в 1971 году, к февралю 2011 года станция имела 6 энергоблоков суммарной мощностью 4,7 ГВт и являлась одной из 25 крупнейших в мире. Все реакторы были спроектированы американской корпорацией General Electric, три из шести работающих были ею же и построены. Два реактора были сооружены компанией Toshiba (3-й и 5-й), один - Hitachi (4-й).

За полвека развития ядерной энергетики в мире разработано множество типов реакторов. В зависимости от методики классификации различают 5-7 основных типов, с учетом конкретных особенностей конструкции - гораздо больше. Все энергоблоки "Фукусимы-1" являются одноконтурными легководными кипящими реакторами.

Легководный реактор — ядерный реактор, в котором для замедления нейтронов и в качестве теплоносителя используется обычная вода H2O. Его следует отличать от тяжеловодного реактора, в котором используется тяжелая вода D2O. В тяжелой воде оба атома водорода заменены на атом тяжелого водорода - дейтерия.

В одноконтурном кипящем реакторе теплоноситель (вода) закипает в активной зоне, образуя пароводяную смесь. Далее этот пар непосредственно вращает турбину электрогенератора (схема двухконтурных реакторов сложнее). На реакторах "Фукусимы-1" давление внутри контура достигает 70 атмосфер, кипение воды и парообразование при этом давлении происходит при температуре 280°C.

Ядерное топливо используется в виде таблеток размером в несколько сантиметров, которые располагается в герметично закрытых капсулах - тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах). Для удобства использования ТВЭЛы объединяются по нескольку сотен в тепловыделяющие сборки (ТВС), которые также могут называться топливными или урановыми стержнями.

Отработавшее топливо после выгрузки из активной зоны помещают бассейн выдержки, обычно расположенный рядом с реактором. Поскольку в использованных ТВС содержится большое количество продуктов деления ядерного топлива, сразу после выгрузки каждый ТВЭЛ в среднем выделяет энергию около 100 КВт и имеет свойство разогреваться до высоких температур. Поэтому его хранят 3-4 года в бассейнах под слоем воды, естественного замедлителя нейтронов. По мере выдержки уменьшается радиоактивность топлива, и когда его саморазогрев падает до 50-60°C, оно извлекается из бассейна и отправляется для захоронения или переработки.

В основе работы теплового ядерного реактора лежит распад радиоактивного вещества с выделением элементарных частиц — нейтронов. Рождающиеся нейтроны после нахождения в свободном состоянии либо теряются, либо, сталкиваясь с другими ядрами, вызывают новые распады и появление новых нейтронов. Полученные быстрые нейтроны с высокой кинетической энергией далее замедляются до тепловых энергий. Замедление происходит в результате многократных столкновений с атомными ядрами вещества-замедлителя. К числу замедлителей, используемых в ядерной энергетике для превращения быстрых нейтронов в тепловые, относятся вода, тяжелая вода, бериллий, графит.

Критичность состояния реактора определяется коэффициентом размножения нейтронов. Упрощенно: для стабильной работы этот коэффициент должен равняться единице. Если он меньше единицы, то состояние делящегося вещества называется подкритическим, и цепная реакция затухает. Если выше единицы, то состояние надкритическое, и цепная реакция нарастает.

Скорость течения цепной реакции регулируется перемещением в активной зоне, то есть в зоне действия топливных элементов, стержней, содержащих поглотитель нейтронов - обычно это бор, кадмий, гафний. При выдвижении такого стержня из реактора коэффициент размножения нейтронов увеличивается, что приводит к нарастанию скорости ядерной реакции. Обратное движение ведет к затуханию реактора, что и используется для аварийной остановки энергетического блока.

Ядерным топливом - теоретически - может быть любое радиоактивное вещество, в котором самопроизвольно происходит распад с выделением нейтронов, если интенсивность этого распада возможно эффективно регулировать. Практически топливом для АЭС являются различные изотопы урана и плутония или их смеси. Чистый плутоний используется в ядерном оружии и на атомных станциях не применяется. Однако его использование в смеси с ураном (мокс-топливо - Mixed-oxide fuel - смесь оксидов урана и плутония) позволяет утилизовать излишки оружейного плутония, которые в противном случае будут ядерными отходами. Именно такой вид топлива использовался на "Фукусиме".

Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...