Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
ли — хвостовики, кожухи, защитные пробки, детали и узлытранс-портно-технологического назначения.
TBC ядерных реакторов гетерогенного типа классифицируют по функциональному признаку (испарительные, пароперегре-вательные, зоны воспроизводства и др.); по назначению [рабочие, рабочие с размещением элементов системы управления и защиты (СУЗ), измерительные, экспериментальные], по конструкции (кассетного, канального типа, с кожухом, без кожуха, с интенсификаторами теплообмена, с дистанционирующими элементами по длине активной зоны и без них, с дроссельными устройствами и без них), по геометрической форме (сечение в плане) (шестигранные, квадратные, круглые, многогранные и др.), по форме твэла (с глад-костержневыми, профильными, кольцевыми, пластинчатыми, шаровыми, блочными твэла-ми), по наличию поглощающего материала и твердого замедлителя, по размещению топлива (с профилированием по содержанию делящегося материала по длине твэла и по сечению сборки и без профилирования).
Комплект TBC содержит топливную загрузку реактора. Объем реактора, в котором размещаются все ТВС, конструкционно образует его активную зону. В ней происходят регулируемая реакция деления и превращение практически всей освобожденной внутриядерной энергии в тепло, отводимое циркулирующим через зону теплоносителем.
Характерная особенность использования в реакторах ядерно-
Рис. 4.2. Тепловыделяющая сборка реактора ВВЭР-440:
1 — штырь; 2 — верхняя головка TBC; 3 — шестигранный циркониевый кожух; 4—центральная вставка; 5— твэл; 6 — дистанционирущая решетка; 7 — нижний концевик ТВС; В — штуцер
го топлива состоит в том, что активная зона входит в основную конструкцию реактора как важнейшая и определяющая его структура, подвергающаяся по мере выгорания делящихся нуклидов периодической замене частично или полностью. От других элементов конструкции реактора активная зона с входящими в нее комплектами TBC и поглощающих элементов и устройств СУЗ отличается сравнительно коротким сроком службы и малым временем полной амортизации*.
Ядерное топливо, поставляемое на АЭС в виде TBC и стержней СУЗ, не имеет каких-либо аналогов в современной технике.
Таким образом, ни по физическим свойствам, ни по форме, ни структурно ядерное топливо не сравнимо с органическим. Тем не менее основное назначение активной зоны энергетического реактора — производить тепловую энергию. В этом отношении активная зона реактора выполняет роль обычного котла или камеры сгорания двигателя, когда в них сжигается органическое топливо. Такая аналогия с привычным процессом обычной тепловой энергетики вполне правомерно позволила называть урановую и уран-плутониевую загрузку реактора ядерным топливом, а процессы деления и расходования делящихся элементов в реакторе — «сжиганием», или «выгоранием» ядерного топлива, хотя, разумеется, никакого горения и сжигания в традиционном понимании этих слов в реакторе не происходит.
4.2. ОСОБЕННОСТИ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ
Использование ядерного топлива в реакторах для производства теплов&й энергии имеет ряд важнейших особенностей, обусловленных его физическими свойствами и ядерными реакциями, сопровождающими протекающие в активной зоне процессы. Эти особенности определяют специфику ядерной энергетики, ее техники, особые условия эксплуатации, экономические показатели и влияние на окружающую среду. Они обусловливают также главные научно-технические и инженерные проблемы, социальные и экономические следствия.
В чем проявляются особенности ядерного топлива при его использовании в энергетике?
1. Феноменально высокая теплотворная способность, т. е. тепловыделение, отнесенное к единице массы разделившихся нуклидов.
2. Невозможность полного «сжигания» (деления) всех делящихся нуклидов за одноразовое пребывание топлива в реакторе, так как в активной зоне реактора необходимо всегда иметь крити-
* Эта специфическая особенность дала основание в некоторых капиталистических странах относить первую топливную загрузку реакторов к капиталовложениям в АЭС, т. е. к основным средствам. В СССР первую топливную загрузи принято относить к оборотным средствам.
ческую массу топлива и можно «сжечь» только ту часть, которая превышает критическую массу и создает надкритичность.
3. Возможность иметь частичное, а при определенных условиях полное и даже расширенное воспроизводство (конверсию) делящихся нуклидов, т. е. получение вторичного ядерного топлива из воспроизводящих ядерных материалов (238U и 232Th).
4. «Сжигание» ядерного топлива в реакторе не требует окислителя и не сопровождается непрерывным сбросом в окружающую среду продуктов «сгорания».
5. Процесс деления сопровождается накоплением радиоактивных короткоживущих и долгоживущих продуктов деления, а также продуктов их распада, длительное время сохраняющих высокую радиоактивность. Таким образом, облученное в реакторе и отработавшее в нем топливо обладает чрезвычайно высокой радиоактивностью и вследствие этого остаточным тепловыделением, создающим особые трудности в обращении с облученным ядерным топливом.
