4. Загальна схема ядерного реактору

Характеристикою здатності до ланцюгового ділення системи є ефективний коефіцієнт розмноження нейтронів

k_еф = N_i+1/N_і,

де N_і, N_i+1 – число нейтронів попереднього та наступного поколінь.

В ідеальному випадку k^ід_еф = ν-1. Реально за рахунок поглинання нейтронів ця величина суттєво менша за ідеальну.

В реакторній фізиці прийнято використовувати поняття реактивності (коефіцієнту реактивності):

ρ = (k_еф-1)/ k_еф ≈ k_еф-1

При ρ =0 маємо критичну масу. Для довгострокової роботи реактору потребується суттєвий запас реактивності системи Δρ > 0.

Для нескінченного середовища k_еф ^∞> k_еф для будь-якої реальної геометрії за рахунок нейтронів витоку. Зменшення впливу ефекту:

• оптимізація форми;

• використання відбивача.

Оптимізація форми (сфера) доповнюється інженерними потребами у плоских поверхнях (прямокутний паралелепіпед). Оптімумом виступає циліндрична форма.

До складових ядерного реактору входять:

• ядерне паливо (у обсязі, суттєво більшому за критичну масу);

• уповільнювач нейтронів (для реакторів на теплових нейтронах);

• система керування з поглиначем нейтронів (для компенсації запасу реактивності);

• відбивач нейтронів витоку;

• система тепловідведення з теплоносієм;

• біологічний захист.

5. Класифікація ядерних реакторів за призначенням

Тип реакторів	Головна вимога	Аналог
Енергетичні	Висока економічність	Прилад
Дослідницькі	Високий потік нейтронів/потужне гама-поле/інші специфічні властивості	Інструмент
Транспортні	Максимальна компактність, значна маневреність	Двигун
Промислові	Максимальне напрацювання плутонію-239/урану-233/радіонуклідів	Копальня
Багатоцільові	Синтез декількох головних вимог	Комбайн

6. Інтегральні характеристики економічності енергетичних ядерних реакторів

• економічні;

• технічні.

Основною економічною характеристикою є тариф на електроенергію (теплоенергію), що включає три складових:

Т = Т_паливн + Т_експл + Т_{інвестиц} ≈ 2-10 цент/(кВт*год)

Паливна складова Т_паливн ≈ 20-30% Т

Т_{інвестиц} = а_{інвестиц} * W_ел / (t_експл * W_ел) = а_{інвестиц}/ t_експл ≈ 20% Т;

Питома собівартість а_{інвестиц} = A_{інвестиц}/W_ел ≈ 1 млн $/МВт (для ІІІ-го покоління).

Основні технічні характеристики економічності:

• питоме вигоряння v = W_ел t_комп/ M_комп ≈ 10-50 ГВт*доба/тона U;

• ККД = W_ел/ W_тепл ≈ 30-40% ;

• КВВП = Q_ел^факт / (t *W_ел^проект) ≈ 70-90%

7. Основні вимоги до складових

Ядерне паливо:

• радіаційна стійкість (максимум вигоряння);

• термічна стійкість (максимум ККД);

• можливість надійної герметизації (ізоляції від теплоносія);

• хімічна сумісність зовнішньої оболонки з теплоносієм.

Уповільнювач:

• висока уповільнююча здатність;

• мінімальне поглинання нейтронів.

Теплоносій:

• висока теплоємність (ефективний тепловідбір);

• помірна густина (розумні витрати на перекачку);

• низька корозійна активність (сумісність з зовнішньою оболонкою палива);

• мінімальне поглинання нейтронів;

• (для реакторів на швидких нейтронах) низька уповільнююча здатність.

Внутризонні елементи системи управління:

• максимальне поглинання нейтронів;

• радіаційна стійкість;

• термічна стійкість;

• можливість надійної герметизації (ізоляції від теплоносія);

• хімічна сумісність зовнішньої оболонки з теплоносієм.

Останні 4 аналогічні вимогам до ядерного палива.

Конструкційні елементи

• мінімальне поглинання нейтронів;

• радіаційна стійкість;

• термічна стійкість;

• хімічна сумісність контактуючих поверхонь з теплоносієм.