27. Механизм выделения теплоты в ядерном реакторе.

К основным реакциям относятся:

1. Деление ядер.

Энергетический баланс реакции деления U ²³⁵:

- кинетическая энергия ядер осколка 160 МэВ

- кинетическая энергия мгновенных γ – кванты 5 МэВ

- кинетическая энергия запаздывающих γ – кванты 5 МэВ

- кинетическая энергия нейтронов 10 МэВ

- кинетическая энергия нейтрино 10 МэВ

- кинетическая энергия β^- частицы 5 МэВ

200 ± 5 МэВ

U⁵ +нейтрон  2 осколка деления +  нейтронов + 10 -квантов + 6 -частиц + нейтрино + 200 МэВ энергии;

Т.е. около 80 % энергии деления приходится на кинетическую энергию ядер осколков, которые разлетаются с большой скоростью, это происходит в тепловыделяющих элементов.

m1

А

235

m2

В точке А находится ядро. Которое делится на 2 осколка и оказывается, что масса покоя больше m1 + m2, т.е. имеет место дефект массы. Ядро горючего делится внутри твэлов, т.е. в топливном сердечнике.

М = m1 + m2 +Δ m

В соответствии с законом Эйнштейна:

Е = m_о * с² или Δ Е = Δ m_о * с²

m_о – масса покоя

Этот закон указывает на то, что любому изменению энергии тела соответствует эквивалентное изменение массы.

М = М_о + М_к

Вследствие дефекта массы часть М_о превращается в кинематическую массу М_к , которая проявляется в форме кинетической энергии ядер осколков m1 и m2. Эти ядра осколки тормозятся об соседние ядра, вследствие чего выделяется тепловая энергия подобно тому, как выделяется теплота при торможении автомобиля, при этом ядра осколки проходят путь торможения всего в несколько единиц мкм, т.е. практически теплота появляется там, где ядро разделилось.

В топливном сердечнике и оболочке твэла тепло передаётся теплопроводностью

(q = -λ * grad t), а от наружной стенки твэла к теплоносителю – вынужденной конвекцией по закону Ньютона – Рихмана (q = α *(t_ст – t_нн)).

При сжигании 1 грамма U ²³⁵ выделяется энергия:

Э = = 0,95 МВт сут

27. Рбмк-1000: контур циркуляции, состав контура. Модернизация реактора. Паровой эффект реактивности до и после модернизации.

Схема энергоблока - одноконтурная. Пар на турбоустановку поступает из БС, через стопорно – регулирующие клапаны. После ЦВД предусмотрены промежуточная сепарация влаги и одноступенчатый перегрев пара. Пароперегрев осуществляется свежим паром из БС. Для предотвращения поступления пара из объема СПП после закрытия стопорных клапанов турбины перед каждым ЦНД предусмотрена отсечная арматура. С этой же целью на трубопроводы отборов пара установлены обратные клапаны.

Группа регенеративного подогрева питательной воды представлена пятью подогревателями низкого давления, которые питаются паром из отборов турбины. ПВД не предусмотрены в связи с одноконтурной схемой АЭС.

В схеме предусмотрен деаэратор, обеспечивающий удаление из конденсата несконденсировавшихся газов, кислорода и дополнительно служащий емкостью аварийного запаса питательной воды для случаев полного или частичного нарушения работы конденсатного тракта(утечки).В деаэратор осуществляется слив дренажа пара после пароперегревателя. Давление в деаэраторе 1,2 МПа.

В ПНД 4 направлен слив дренажа сепаратора. Схема предусматривает стопроцентную очистку конденсата, поэтому дренаж ПНД- 1направлен в конденсатор. После конденсатора установлен конденсатный насос I ступени, а после конденсатоочистки конденсатный насос II ступени.

Была выполнена после аварии на Чернобыльской АЭС. Авария произошла при проведении эксперимента (инерционный выбег генератора – когда пар не подаётся на турбину около 2 часов), которая произошла при наложении нескольких факторов:

1. Нейтронно-физические характеристики реактора (рис.70):

Рис.70.Зависимость реактивности от плотности теплоносителя

Кривая 1 – проектная, т.е. согласно проекту реактора при увеличении паросодержания реактивность принимает отрицательное значение.

Кривая 2 – была определена после аварии и соответствует действительности, т.е. активная зона реактора обладала положительным паровым эффектом реактивности.

Кривая 3 – соответствует модернизации реактора.

2. Особенности конструкции стержней СУЗ, т.к. высота поглощающего стержня меньше высоты активной зоны, а длина штанги, соединяющей вытеснитель с поглотителем 1450 мм, то при полностью введённом стержни над и под ним находится слой воды. Когда стержень выведен из активной зоны, то в канале СУЗ находится вытеснитель (графит), над которым также имеется сток воды (и сверху и снизу). Когда поглотитель вводится в активную зону, то вверху вода замещается поглотителем и баланс нейтронов ухудшается, а внизу вода замещается графитом и баланс нейтронов улучшается. Результирующий эффект определяется изменением баланса нейтронов вверху и внизу. И в проектном варианте он был положительный, т.е. реактивность возрастала.

3. Вывод реактора в нерегламентное состояние:

- тепловая мощность была уменьшена до 200 МВт, а по регламенту – 700 МВт (привело к йодной яме).

- температура теплоносителя на входе в активную зону была меньше температуры насыщения на 1-2 ^о С, а по регламенту не менее 10-12 ^о С (потеря воды и в дальнейшем прекращение циркуляции).

- по регламенту оперативный запас реактивности равен 15 поглощающим стержням, т.е. в активной зоне должно находиться не менее 15 поглощающих стержней. В момент аварии этот запас был равен 5.

- расход воды через активную зону был менее предусмотренного регламентом, что также послужило причиной прекращения циркуляции.

- задвижка САОЗ автоматически не открывалась (электроприводом).

С целью модернизации реактора было реализовано:

1. паровой коэффициент реактивности был уменьшен в 5 раз за счёт размещения в активной зоне дополнительных поглотителей, причём неподвижных вместо ТВС, и увеличение оперативного запаса реактивности до 45 поглощающих стержней. Кроме этого обогащение топлива было увеличено до 2,4 %. Другой способ снижения парового коэффициента реактивности – переход поглощающих элементов со стержневой на кластерную конструкцию.

2. Замена стержней СУЗ на стержни новой конструкции, которые отличаются большой длиной поглощающей части для исключения столбов воды в нижней части каналов СУЗ.

3. Автоматический ввод в активную зону стержней УСП снизу, по сигналу аварийной защиты.

4. Время ввода стержней в активную зону уменьшается с 18 до 12 с за счёт модернизации сервопривода.

5. Внедрена быстродействующая аварийная защита (БАЗ): 24 стержня БАЗ вводятся полностью в активную зону за 2,5 с, обеспечивая ввод отрицательной реактивности около . Быстродействие достигнуто за счёт того, что эти стержни

Движутся в газовой среде – аргоне, а внутренняя поверхность канала СУЗ охлаждается тонкой плёнкой воды. Предусматривается замена всех каналов СУЗ на такую конструкцию.

1. Новые защиты и блокировки:

- световое табло, информирующие о выведенных из работы технологических защит.

- устройство, разрешающее доступ к аварийным защитам только при одновременном действии 2 кодированных ключей.

- устройство пошагового извлечения стержней, что исключает несанкционированный самоход.

- изменены установки срабатывания аварийной защиты с 10 до 20 с.