Водо-водяные энергетические реакторы (ВВЭР)

Пояснительная записка к курсовому проекту

на тему «Водо-водяной реактор. Физический расчет»

Выполнил

Проверил

Томск 2012

Введение.

В настоящее время источником производства основного количества потребляемой в мире энергии служит органическое топливо: уголь, нефть, и природный газ. Однако по оценкам специалистов запасы этого топлива будут израсходованы к концу XXI в., если не замещать его другими источниками энергии. Поскольку нефть и газ, запасы которых в несколько раз меньше запасов угля, - одновременно и сырье для производства множества промышленных товаров, то ясно, что надо в ближайшее время широко внедрять в энергетику нетрадиционные источники энергии.

Атомная энергетика - сравнительно новая область получения энергии, использующая ядерное топливо. Запасы ядерного топлива в мире, с учётом его расширенного производства, достаточно велики. Атомные станции могут быть построены практически в любом месте, поскольку для обеспечения их работы не требуется большого количества топлива. Атомные станции не нуждаются в потреблении кислорода из атмосферы и практически не загрязняют окружающую среду токсичными веществами. Сточные воды, газы и аэрозоли подвергаются специальной очистке, обеспечивается надёжное захоронение радиоактивных отходов. При работе АЭС исключается загрязнение воздушного бассейна сернистыми соединениями и различными продуктами сгорания, которые в большом количестве выбрасываются из дымовых труб электростанций, работающих на органическом топливе.

В качестве топлива используются диоксид урана и MOX-топливо (смесь урана и плутония). Необходимо отметить, что если реакторы на тепловых и быстрых нейтронах будут использовать в качестве топлива смесь диоксидов урана и плутония, то для того, чтобы выработать весь оружейный плутоний, атомные электростанции России должны работать в течение трех сот лет

Водо-водяные энергетические реакторы (ВВЭР).

1.1 Общие сведения.

Среди огромного многообразия разработанных типов реакторов для АЭС важное место занимают водо-водяные энергетические реакторы (ВВЭР).

Преимущественное использование водо-водяных реакторов в ядерной энергетике объясняется рядом причин. К ним прежде всего следует отнести то, что вода оказалась наиболее подходящим материалом для ядерных реакторов в качестве замедлителя и теплоносителя. Надо учесть при этом, что она не дефицитна и весьма доступна, издавна используется в различных отраслях техники и поэтому её свойства хорошо изучены. Как замедлитель вода имеет наивысшую замедляющую способность, поэтому водо-водяные реакторы компактны, обладают сравнительно высоким энерговыделением с единицы объема активной зоны. Использование воды одновременно в качестве замедлителя и теплоносителя позволило создать реакторы, сравнительно простые по устройству. Появляется возможность применения одноконтурной схемы с подачей пара теплоносителя в силовую установку.

ВВЭР обладают высокой устойчивостью и саморегулируемостью благодаря отрицательному коэффициенту реактивности. Наведенная активность воды обусловлена короткоживущими нуклидами, что несколько упрощает биологическую защиту и доступ к оборудованию первого контура. Вода как теплоноситель эффективно отводит тепло.

Несмотря на указанные преимущества воды использование её в ядерных реакторах сопряжено и с рядом трудностей. Сравнительно высокое поглощение нейтронов водой отрицательно сказывается на балансе нейтронов в активной зоне и предопределяет применение только обогащенного урана, вследствие чего коэффициент воспроизводства в водо-водяных реакторах сравнительно невысок. Сильное замедление нейтронов в воде может привести к большим локальным неравномерностям распределения энерговыделения. Поэтому при конструировании водо-водяных реакторов необходимо предусмотреть равномерное распределение воды в активной зоне. Сравнительно высокая коррозионная активность воды с конструкционными материалами требует специальной и дорогостоящей системы водоподготовки, что заметно складывается на эксплутационных затратах. Для получения приемлемой температуры необходимо высокое давление. В связи с ограничением температурного уровня для установок с реакторами типа ВВЭР характерен цикл с насыщенным паром. Удельный тепловой поток при использовании водного теплоносителя ограничен критическими тепловыми нагрузками. Все это необходимо учитывать при сооружении водо-водяных реакторов.

1.2 Краткое описание активной зоны водо-водяного реактора под давлением (ВВЭР-440, ВВЭР-1000).

В настоящее время таких реакторов построено и находится в эксплуатации довольно большое количество. Все узлы реактора находятся внутри прочного корпуса, представляющего собой вертикальный толстостенный сосуд с эллиптическим днищем, сверху закрытый объемной крышкой. Корпус водо-водяных реакторов является ответственным элементом, так как должен выдерживать высокое давление теплоносителя. В современных водо-водяных энергетических реакторах давление лежит в диапазоне примерно от 12 до 17 МПа. Диаметр корпуса обычно ограничен его транспортабельностью и не должен превышать 4.5 метров по наружному габариту. Корпус изготовляется в заводских условия из термостойкой перлитной стали, а изнутри делается наплавка (плакировка) слоем 10-20 мм из аустенитной нержавеющей стали. Назначение наплавки - предотвратить контакт воды с перлитной сталью и тем самым уменьшить выход продуктов коррозии в контур. Кроме того, в воде первого контура вследствие радиолиза всегда имеется то или иное количество свободного водорода и непосредственный контакт теплоносителя с перлитной сталью приводит к насыщению её водородом. Этот контакт необходимо предотвратить, так как насыщение водородом вызывает охрупчивание стали, она теряет прочность и пластичность. В верхней части корпуса расположены патрубки для подвода и отвода теплоносителя. Для опоры и дистанцирования топливных кассет, а также для организации потока теплоносителя внутри корпуса служит корзина активной зоны, обычно представляющая собой обечайку, в нижней части которой крепится опорная плита, а в верхней - устройство для дистанцирования топливных кассет.

Активная зона реакторов типа ВВЭР из сравнительно плотно упакованных шестигранных ТВС. ТВС в свою очередь собраны из твэл. Твэлы омываются снаружи водой под давлением.

Так как в качестве прототипа выбран реактор ВВЭР-440, то ниже приведем основные характеристики активной зоны этого реактора:

Поиск по сайту: