Реакторы с водой под давлением

Преимущества:

- компактность и высокое энерговыделение в активной зоне;

- простота конструкции;

- надежность и стабильность работы (саморегулирование);

- слабая активация теплоносителя.

Недостатки:

- высокое поглощение нейтронов водой требует обогащения топлива;

- неравномерность энерговыделения в активной зоне (обусловлена замедляющими свойствами воды);

- коррозионная активность воды (требуется тщательная водоподготовка, что снижает экономические показатели);

- для получения более высокого КПД цикла требуется увеличение давления и температуры 1 контура, что приводит к удорожанию реактора;

- ограничения по тепловому потоку (q_max).

В России первые реакторы ВВЭР-210 (1964 г.) и ВВЭР-365 (1967 г.) на Нововоронежской АЭС. Затем ВВЭР-440, ВВЭР-1000 (с 1980 г.). Проекты ВВЭР-1500 и ВВЭР-640 отвечают требованиям повышенной надежности.

Реакторы ВВЭР-440

Конструктивно состоят из цилиндрического корпуса, выполненного из цельнокованых обечаек с эллиптическим днищем. В верхней части корпуса патрубки для входа и выхода теплоносителя. Корпус закрывается крышкой, которая крепится к нему при помощи шпилек.

Внутри корпуса размещается шахта, предназначенная для организации потока теплоносителя и размещения других внутрикорпусных устройств. В шахту вставляется днище шахты, выполненное из труб, предназначенных для размещения вытеснителей АРК. На днище устанавливается корзина, предназначенная для размещения в ней ТВС активной зоны.

Активная зона ВВЭР-440 состоит из 349 кассет. Из них 37  кассеты-поглотители АРК. АРК конструктивно состоят из двух частей  верхней, поглощающей части с В¹⁰ и нижней  вытеснителя. В первых моделях ВВЭР-440 вместо вытеснителя использовалась топливная кассета. Когда поглощающая часть извлекается из активной зоны, ее место занимает вытеснитель. Это необходимо для сохранения нейтронно-физических характеристик активной зоны. Приводы СУЗ располагаются в герметичных чехлах на крышке реактора. Внутри корпуса приводы располагаются в защитных трубах, которые служат как направляющие, а также защищают приводы и кассеты-поглотители от воздействия потока теплоносителя.

Компактность реактора не позволяет разместить большое количество приводов СУЗ и, соответственно, трудно осуществить тонкое регулирование в пределах активной зоны. Для этого используется борное регулирование с добавлением в теплоноситель борной кислоты. Для компенсации избыточной реактивности широко используется выгорающий поглотитель: 6 твэл в каждой ТВС заменяются стержнями с B¹⁰. Бор также может использоваться как присадка в оболочках твэла.

Перегрузка ВВЭР-440 выполняется на остановленном реакторе при помощи перегрузочной машины.

Реакторы ВВЭР-1000

Являются серийными реакторами. По конструкции аналогичны ВВЭР-440, но имеют большие размеры корпуса и активной зоны.

Принципиально отличаются системой СУЗ. Активная зона ВВЭР-1000 состоит из 163 ТВС, которые в отличие от ВВЭР-440 не имеют кожуха. 61 из ТВС содержат 18 трубок для размещения в них стрежней СУЗ (кластерное регулирование). 61 орган регулирования позволяет осуществить тонкое регулирование по активной зоне.

Главный циркуляционный контур состоит из шести (ВВЭР-440) или четырех (ВВЭР-1000) петель циркуляции. Каждая петля включает парогенератор, главный циркуляционный насос, главные запорные задвижки и главные трубопроводы. В некоторых исполнениях ВВЭР-1000 отсутствуют главные запорные задвижки.

Поддержание давления в I контуре производится с помощью парового компенсатора давления, который служит для начального создания давления и поддержания необходимого давления при работе. По водяному объему компенсатор подключен к «горячей» нитке ГЦК. «Холодная» нитка через клапан подключена к разбрызгивающему устройству компенсатора. В случае повышения давления в контуре клапан открывается, и часть пара в компенсаторе конденсируется, в результате чего давление снижается. Если компенсатор не обеспечивает снижение давления, то пар сбрасывается в барботер I контура. При дальнейшем росте давления пар через предохранительные клапаны сбрасывается в защитную оболочку.

Оборудование I контура расположено в необслуживаемых помещениях, поэтому основное требование к оборудованию – длительная работа без обслуживания и прямого контроля.

Суммарное гидравлическое сопротивление I контура  0,7 МПа.

Часть теплоносителя (продувка) с расходом 22 кг/с отводится на очистку. Для охлаждения продувки служит регенеративный теплообменник и доохладитель. Обратная вода подогревается в регенераторе и подается на всас ГЦН.

Для восполнения потерь I контура служит система приготовления чистого конденсата и подпиточные насосы высокого давления.

Эффективность использования топлива в реакторах ВВЭР-1000

Первые реакторы ВВЭР-1000 имели глубину выгорания 28 МВтсут/кг U (аналогично ВВЭР-440). При этом сборка работала 2 года. В настоящее время глубина выгорания увеличена до 40 МВтсут/кг U, и срок работы сборки составляет 3 года. В перспективе планируется переход на четырехгодичный цикл, для чего предполагается замена штатных ТВС на усовершенствованные ТВС, в которых в качестве выгорающего поглотителя используется гадолиний. При этом глубина выгорания может быть увеличена до 50…60 Мвтсут/кг U.

Основной фактор, ограничивающий выгорание  механический контакт «топливо-оболочка» из-за разбухания топлива. Основная причина разрушения оболочки  коррозионное растрескивание под напряжением, которое происходит в атмосфере агрессивных продуктов деления. Кроме того, разрушению оболочки способствуют циклические напряжения (разогрев и расхолаживание при пусках-остановах).